• Java 封装 继承 多态


    Java 继承


    继承的概念

    继承是java面向对象编程技术的一块基石,因为它允许创建分等级层次的类。

    继承就是子类继承父类的特征和行为,使得子类对象(实例)具有父类的实例域和方法,或子类从父类继承方法,使得子类具有父类相同的行为。

    生活中的继承:

    兔子和羊属于食草动物类,狮子和豹属于食肉动物类。

    食草动物和食肉动物又是属于动物类。

    所以继承需要符合的关系是:is-a,父类更通用,子类更具体。

    虽然食草动物和食肉动物都是属于动物,但是两者的属性和行为上有差别,所以子类会具有父类的一般特性也会具有自身的特性。

    类的继承格式

    在 Java 中通过 extends 关键字可以申明一个类是从另外一个类继承而来的,一般形式如下:

    类的继承格式

    class 父类 { } class 子类 extends 父类 { }

    为什么需要继承

    接下来我们通过实例来说明这个需求。

    开发动物类,其中动物分别为企鹅以及老鼠,要求如下:

    • 企鹅:属性(姓名,id),方法(吃,睡,自我介绍)
    • 老鼠:属性(姓名,id),方法(吃,睡,自我介绍)

    企鹅类:

    public class Penguin { 
        private String name; 
        private int id; 
        public Penguin(String myName, int  myid) { 
            name = myName; 
            id = myid; 
        } 
        public void eat(){ 
            System.out.println(name+"正在吃"); 
        }
        public void sleep(){
            System.out.println(name+"正在睡");
        }
        public void introduction() { 
            System.out.println("大家好!我是"         + id + "号" + name + "."); 
        } 
    }

    老鼠类:

    public class Mouse { 
        private String name; 
        private int id; 
        public Mouse(String myName, int  myid) { 
            name = myName; 
            id = myid; 
        } 
        public void eat(){ 
            System.out.println(name+"正在吃"); 
        }
        public void sleep(){
            System.out.println(name+"正在睡");
        }
        public void introduction() { 
            System.out.println("大家好!我是"         + id + "号" + name + "."); 
        } 
    }

    从这两段代码可以看出来,代码存在重复了,导致后果就是代码量大且臃肿,而且维护性不高(维护性主要是后期需要修改的时候,就需要修改很多的代码,容易出错),所以要从根本上解决这两段代码的问题,就需要继承,将两段代码中相同的部分提取出来组成 一个父类:

    公共父类:

    public class Animal { 
        private String name;  
        private int id; 
        public Animal(String myName, int myid) { 
            name = myName; 
            id = myid;
        } 
        public void eat(){ 
            System.out.println(name+"正在吃"); 
        }
        public void sleep(){
            System.out.println(name+"正在睡");
        }
        public void introduction() { 
            System.out.println("大家好!我是"         + id + "号" + name + "."); 
        } 
    }

    这个Animal类就可以作为一个父类,然后企鹅类和老鼠类继承这个类之后,就具有父类当中的属性和方法,子类就不会存在重复的代码,维护性也提高,代码也更加简洁,提高代码的复用性(复用性主要是可以多次使用,不用再多次写同样的代码) 继承之后的代码:

    企鹅类:

    public class Penguin extends Animal { 
        public Penguin(String myName, int myid) { 
            super(myName, myid); 
        } 
    }

    老鼠类:

    public class Mouse extends Animal { 
        public Mouse(String myName, int myid) { 
            super(myName, myid); 
        } 
    }

    继承类型

    需要注意的是 Java 不支持多继承,但支持多重继承。


    继承的特性

    • 子类拥有父类非 private 的属性、方法。

    • 子类可以拥有自己的属性和方法,即子类可以对父类进行扩展。

    • 子类可以用自己的方式实现父类的方法。

    • Java 的继承是单继承,但是可以多重继承,单继承就是一个子类只能继承一个父类,多重继承就是,例如 A 类继承 B 类,B 类继承 C 类,所以按照关系就是 C 类是 B 类的父类,B 类是 A 类的父类,这是 Java 继承区别于 C++ 继承的一个特性。

    • 提高了类之间的耦合性(继承的缺点,耦合度高就会造成代码之间的联系越紧密,代码独立性越差)。


    继承关键字

    继承可以使用 extends 和 implements 这两个关键字来实现继承,而且所有的类都是继承于 java.lang.Object,当一个类没有继承的两个关键字,则默认继承object(这个类在 java.lang 包中,所以不需要 import)祖先类。

    extends关键字

    在 Java 中,类的继承是单一继承,也就是说,一个子类只能拥有一个父类,所以 extends 只能继承一个类。

    extends 关键字

    public class Animal { 
        private String name;   
        private int id; 
        public Animal(String myName, String myid) { 
            //初始化属性值
        } 
        public void eat() {  //吃东西方法的具体实现  } 
        public void sleep() { //睡觉方法的具体实现  } 
    } 
     
    public class Penguin  extends  Animal{ 
    }

      

    implements关键字

    使用 implements 关键字可以变相的使java具有多继承的特性,使用范围为类继承接口的情况,可以同时继承多个接口(接口跟接口之间采用逗号分隔)。

    implements 关键字

    public interface A {
        public void eat();
        public void sleep();
    }
     
    public interface B {
        public void show();
    }
     
    public class C implements A,B {
    }

    super 与 this 关键字

    super关键字:我们可以通过super关键字来实现对父类成员的访问,用来引用当前对象的父类。

    this关键字:指向自己的引用。

    实例

    class Animal {
      void eat() {
        System.out.println("animal : eat");
      }
    }
     
    class Dog extends Animal {
      void eat() {
        System.out.println("dog : eat");
      }
      void eatTest() {
        this.eat();   // this 调用自己的方法
        super.eat();  // super 调用父类方法
      }
    }
     
    public class Test {
      public static void main(String[] args) {
        Animal a = new Animal();
        a.eat();
        Dog d = new Dog();
        d.eatTest();
      }
    }

      

    输出结果为:

    animal : eat
    dog : eat
    animal : eat

      

    final关键字

    final 关键字声明类可以把类定义为不能继承的,即最终类;或者用于修饰方法,该方法不能被子类重写:

    • 声明类:

    final class 类名 {//类体}
    • 声明方法

        

    修饰符(public/private/default/protected) final 返回值类型 方法名(){//方法体}

      

    :实例变量也可以被定义为 final,被定义为 final 的变量不能被修改。被声明为 final 类的方法自动地声明为 final,但是实例变量并不是 final


    构造器

    子类是不继承父类的构造器(构造方法或者构造函数)的,它只是调用(隐式或显式)。如果父类的构造器带有参数,则必须在子类的构造器中显式地通过 super 关键字调用父类的构造器并配以适当的参数列表。

    如果父类构造器没有参数,则在子类的构造器中不需要使用 super 关键字调用父类构造器,系统会自动调用父类的无参构造器。

    实例

    class SuperClass {
      private int n;
      SuperClass(){
        System.out.println("SuperClass()");
      }
      SuperClass(int n) {
        System.out.println("SuperClass(int n)");
        this.n = n;
      }
    }
    // SubClass 类继承
    class SubClass extends SuperClass{
      private int n;
      
      SubClass(){ // 自动调用父类的无参数构造器
        System.out.println("SubClass");
      }  
      
      public SubClass(int n){ 
        super(300);  // 调用父类中带有参数的构造器
        System.out.println("SubClass(int n):"+n);
        this.n = n;
      }
    }
    // SubClas2 类继承
    class SubClass2 extends SuperClass{
      private int n;
      
      SubClass2(){
        super(300);  // 调用父类中带有参数的构造器
        System.out.println("SubClass2");
      }  
      
      public SubClass2(int n){ // 自动调用父类的无参数构造器
        System.out.println("SubClass2(int n):"+n);
        this.n = n;
      }
    }
    public class TestSuperSub{
      public static void main (String args[]){
        System.out.println("------SubClass 类继承------");
        SubClass sc1 = new SubClass();
        SubClass sc2 = new SubClass(100); 
        System.out.println("------SubClass2 类继承------");
        SubClass2 sc3 = new SubClass2();
        SubClass2 sc4 = new SubClass2(200); 
      }
    }

      

    输出结果为:

    ------SubClass 类继承------
    SuperClass()
    SubClass
    SuperClass(int n)
    SubClass(int n):100
    ------SubClass2 类继承------
    SuperClass(int n)
    SubClass2
    SuperClass()
    SubClass2(int n):200

    Java 封装


    在面向对象程式设计方法中,封装(英语:Encapsulation)是指一种将抽象性函式接口的实现细节部份包装、隐藏起来的方法。

    封装可以被认为是一个保护屏障,防止该类的代码和数据被外部类定义的代码随机访问。

    要访问该类的代码和数据,必须通过严格的接口控制。

    封装最主要的功能在于我们能修改自己的实现代码,而不用修改那些调用我们代码的程序片段。

    适当的封装可以让程式码更容易理解与维护,也加强了程式码的安全性。

    封装的优点

    • 1. 良好的封装能够减少耦合。

    • 2. 类内部的结构可以自由修改。

    • 3. 可以对成员变量进行更精确的控制。

    • 4. 隐藏信息,实现细节。


    实现Java封装的步骤

    1. 修改属性的可见性来限制对属性的访问(一般限制为private),例如:

    public class Person {
        private String name;
        private int age;
    }

    这段代码中,将 name 和 age 属性设置为私有的,只能本类才能访问,其他类都访问不了,如此就对信息进行了隐藏。

    2. 对每个值属性提供对外的公共方法访问,也就是创建一对赋取值方法,用于对私有属性的访问,例如:

    public class Person{
        private String name;
        private int age;
    ​
        public int getAge(){
          return age;
        }
    ​
        public String getName(){
          return name;
        }
    ​
        public void setAge(int age){
          this.age = age;
        }
    ​
        public void setName(String name){
          this.name = name;
        }
    }

    采用 this 关键字是为了解决实例变量(private String name)和局部变量(setName(String name)中的name变量)之间发生的同名的冲突。


    实例

    让我们来看一个java封装类的例子:

    EncapTest.java 文件代码:

    /* 文件名: EncapTest.java */
    public class EncapTest{
     
       private String name;
       private String idNum;
       private int age;
     
       public int getAge(){
          return age;
       }
     
       public String getName(){
          return name;
       }
     
       public String getIdNum(){
          return idNum;
       }
     
       public void setAge( int newAge){
          age = newAge;
       }
     
       public void setName(String newName){
          name = newName;
       }
     
       public void setIdNum( String newId){
          idNum = newId;
       }
    }

    以上实例中public方法是外部类访问该类成员变量的入口。

    通常情况下,这些方法被称为getter和setter方法。

    因此,任何要访问类中私有成员变量的类都要通过这些getter和setter方法。

    通过如下的例子说明EncapTest类的变量怎样被访问:

    RunEncap.java 文件代码:

    /* F文件名 : RunEncap.java */
    public class RunEncap{
       public static void main(String args[]){
          EncapTest encap = new EncapTest();
          encap.setName("James");
          encap.setAge(20);
          encap.setIdNum("12343ms");
     
          System.out.print("Name : " + encap.getName()+ 
                                 " Age : "+ encap.getAge());
        }
    }

    以上代码编译运行结果如下:

    Name : James Age : 20

      

    Java 多态


    多态是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。

    多态就是同一个接口,使用不同的实例而执行不同操作,如图所示:

    多态性是对象多种表现形式的体现。

    现实中,比如我们按下 F1 键这个动作:

    • 如果当前在 Flash 界面下弹出的就是 AS 3 的帮助文档;
    • 如果当前在 Word 下弹出的就是 Word 帮助;
    • 在 Windows 下弹出的就是 Windows 帮助和支持。

    同一个事件发生在不同的对象上会产生不同的结果。

    多态的优点

    • 1. 消除类型之间的耦合关系
    • 2. 可替换性
    • 3. 可扩充性
    • 4. 接口性
    • 5. 灵活性
    • 6. 简化性

    多态存在的三个必要条件

    • 继承
    • 重写
    • 父类引用指向子类对象

    比如:

    Parent p = new Child();

    当使用多态方式调用方法时,首先检查父类中是否有该方法,如果没有,则编译错误;如果有,再去调用子类的同名方法。

    多态的好处:可以使程序有良好的扩展,并可以对所有类的对象进行通用处理。

    以下是一个多态实例的演示,详细说明请看注释:

    Test.java 文件代码:

    public class Test {
        public static void main(String[] args) {
          show(new Cat());  // 以 Cat 对象调用 show 方法
          show(new Dog());  // 以 Dog 对象调用 show 方法
                    
          Animal a = new Cat();  // 向上转型  
          a.eat();               // 调用的是 Cat 的 eat
          Cat c = (Cat)a;        // 向下转型  
          c.work();        // 调用的是 Cat 的 work
      }  
                
        public static void show(Animal a)  {
          a.eat();  
            // 类型判断
            if (a instanceof Cat)  {  // 猫做的事情 
                Cat c = (Cat)a;  
                c.work();  
            } else if (a instanceof Dog) { // 狗做的事情 
                Dog c = (Dog)a;  
                c.work();  
            }  
        }  
    }
     
    abstract class Animal {  
        abstract void eat();  
    }  
      
    class Cat extends Animal {  
        public void eat() {  
            System.out.println("吃鱼");  
        }  
        public void work() {  
            System.out.println("抓老鼠");  
        }  
    }  
      
    class Dog extends Animal {  
        public void eat() {  
            System.out.println("吃骨头");  
        }  
        public void work() {  
            System.out.println("看家");  
        }  
    }

    执行以上程序,输出结果为:

    吃鱼
    抓老鼠
    吃骨头
    看家
    吃鱼
    抓老鼠

    虚函数

    虚函数的存在是为了多态。

    Java 中其实没有虚函数的概念,它的普通函数就相当于 C++ 的虚函数,动态绑定是Java的默认行为。如果 Java 中不希望某个函数具有虚函数特性,可以加上 final 关键字变成非虚函数。

    重写

    我们将介绍在 Java 中,当设计类时,被重写的方法的行为怎样影响多态性。

    我们已经讨论了方法的重写,也就是子类能够重写父类的方法。

    当子类对象调用重写的方法时,调用的是子类的方法,而不是父类中被重写的方法。

    要想调用父类中被重写的方法,则必须使用关键字 super

    Employee.java 文件代码:

    /* 文件名 : Employee.java */
    public class Employee {
       private String name;
       private String address;
       private int number;
       public Employee(String name, String address, int number) {
          System.out.println("Employee 构造函数");
          this.name = name;
          this.address = address;
          this.number = number;
       }
       public void mailCheck() {
          System.out.println("邮寄支票给: " + this.name
           + " " + this.address);
       }
       public String toString() {
          return name + " " + address + " " + number;
       }
       public String getName() {
          return name;
       }
       public String getAddress() {
          return address;
       }
       public void setAddress(String newAddress) {
          address = newAddress;
       }
       public int getNumber() {
         return number;
       }
    }

    假设下面的类继承Employee类:

    Salary.java 文件代码:

    /* 文件名 : Salary.java */
    public class Salary extends Employee
    {
       private double salary; // 全年工资
       public Salary(String name, String address, int number, double salary) {
           super(name, address, number);
           setSalary(salary);
       }
       public void mailCheck() {
           System.out.println("Salary 类的 mailCheck 方法 ");
           System.out.println("邮寄支票给:" + getName()
           + " ,工资为:" + salary);
       }
       public double getSalary() {
           return salary;
       }
       public void setSalary(double newSalary) {
           if(newSalary >= 0.0) {
              salary = newSalary;
           }
       }
       public double computePay() {
          System.out.println("计算工资,付给:" + getName());
          return salary/52;
       }
    }

    现在我们仔细阅读下面的代码,尝试给出它的输出结果:

    VirtualDemo.java 文件代码:

    /* 文件名 : VirtualDemo.java */
    public class VirtualDemo {
       public static void main(String [] args) {
          Salary s = new Salary("员工 A", "北京", 3, 3600.00);
          Employee e = new Salary("员工 B", "上海", 2, 2400.00);
          System.out.println("使用 Salary 的引用调用 mailCheck -- ");
          s.mailCheck();
          System.out.println("
    使用 Employee 的引用调用 mailCheck--");
          e.mailCheck();
        }
    }

    以上实例编译运行结果如下:

    Employee 构造函数
    Employee 构造函数
    使用 Salary 的引用调用 mailCheck -- 
    Salary 类的 mailCheck 方法 
    邮寄支票给:员工 A ,工资为:3600.0
    
    使用 Employee 的引用调用 mailCheck--
    Salary 类的 mailCheck 方法 
    邮寄支票给:员工 B ,工资为:2400.0

    例子解析

    • 实例中,实例化了两个 Salary 对象:一个使用 Salary 引用 s,另一个使用 Employee 引用 e。

    • 当调用 s.mailCheck() 时,编译器在编译时会在 Salary 类中找到 mailCheck(),执行过程 JVM 就调用 Salary 类的 mailCheck()。

    • 因为 e 是 Employee 的引用,所以调用 e 的 mailCheck() 方法时,编译器会去 Employee 类查找 mailCheck() 方法 。

    • 在编译的时候,编译器使用 Employee 类中的 mailCheck() 方法验证该语句, 但是在运行的时候,Java虚拟机(JVM)调用的是 Salary 类中的 mailCheck() 方法。

    以上整个过程被称为虚拟方法调用,该方法被称为虚拟方法。

    Java中所有的方法都能以这种方式表现,因此,重写的方法能在运行时调用,不管编译的时候源代码中引用变量是什么数据类型。


    多态的实现方式

    方式一:重写:

    这个内容已经在上一章节详细讲过,就不再阐述,详细可访问:Java 重写(Override)与重载(Overload)

    方式二:接口

    • 1. 生活中的接口最具代表性的就是插座,例如一个三接头的插头都能接在三孔插座中,因为这个是每个国家都有各自规定的接口规则,有可能到国外就不行,那是因为国外自己定义的接口类型。

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