Java 封裝 繼承 多態

Java 繼承

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繼承的概念

繼承是java面向對象編程技術的一塊基石，因為它允許創建分等級層次的類。

繼承就是子類繼承父類的特征和行為，使得子類對象（實例）具有父類的實例域和方法，或子類從父類繼承方法，使得子類具有父類相同的行為。

生活中的繼承：

兔子和羊屬於食草動物類，獅子和豹屬於食肉動物類。

食草動物和食肉動物又是屬於動物類。

所以繼承需要符合的關系是：is-a，父類更通用，子類更具體。

雖然食草動物和食肉動物都是屬於動物，但是兩者的屬性和行為上有差別，所以子類會具有父類的一般特性也會具有自身的特性。

類的繼承格式

在 Java 中通過 extends 關鍵字可以申明一個類是從另外一個類繼承而來的，一般形式如下：

類的繼承格式

class 父類 { } class 子類 extends 父類 { }

為什么需要繼承

接下來我們通過實例來說明這個需求。

開發動物類，其中動物分別為企鵝以及老鼠，要求如下：

• 企鵝：屬性（姓名，id），方法（吃，睡，自我介紹）
• 老鼠：屬性（姓名，id），方法（吃，睡，自我介紹）

企鵝類：

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 + "號" + name + "."); 
    } 
}

 

老鼠類：

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 + "號" + name + "."); 
    } 
}

 

從這兩段代碼可以看出來，代碼存在重復了，導致后果就是代碼量大且臃腫，而且維護性不高(維護性主要是后期需要修改的時候，就需要修改很多的代碼，容易出錯)，所以要從根本上解決這兩段代碼的問題，就需要繼承，將兩段代碼中相同的部分提取出來組成 一個父類：

公共父類：

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 + "號" + name + "."); 
    } 
}

 

這個Animal類就可以作為一個父類，然后企鵝類和老鼠類繼承這個類之后，就具有父類當中的屬性和方法，子類就不會存在重復的代碼，維護性也提高，代碼也更加簡潔，提高代碼的復用性（復用性主要是可以多次使用，不用再多次寫同樣的代碼） 繼承之后的代碼：

企鵝類：

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

 

老鼠類：

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

 

繼承類型

需要注意的是 Java 不支持多繼承，但支持多重繼承。

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繼承的特性

• 子類擁有父類非 private 的屬性、方法。

• 子類可以擁有自己的屬性和方法，即子類可以對父類進行擴展。

• 子類可以用自己的方式實現父類的方法。

• Java 的繼承是單繼承，但是可以多重繼承，單繼承就是一個子類只能繼承一個父類，多重繼承就是，例如 A 類繼承 B 類，B 類繼承 C 類，所以按照關系就是 C 類是 B 類的父類，B 類是 A 類的父類，這是 Java 繼承區別於 C++ 繼承的一個特性。

• 提高了類之間的耦合性（繼承的缺點，耦合度高就會造成代碼之間的聯系越緊密，代碼獨立性越差）。

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繼承關鍵字

繼承可以使用 extends 和 implements 這兩個關鍵字來實現繼承，而且所有的類都是繼承於 java.lang.Object，當一個類沒有繼承的兩個關鍵字，則默認繼承object（這個類在 java.lang 包中，所以不需要 import）祖先類。

extends關鍵字

在 Java 中，類的繼承是單一繼承，也就是說，一個子類只能擁有一個父類，所以 extends 只能繼承一個類。

extends 關鍵字

public class Animal { 
    private String name;   
    private int id; 
    public Animal(String myName, String myid) { 
        //初始化屬性值
    } 
    public void eat() {  //吃東西方法的具體實現  } 
    public void sleep() { //睡覺方法的具體實現  } 
} 
 
public class Penguin  extends  Animal{ 
}

 

　　

implements關鍵字

使用 implements 關鍵字可以變相的使java具有多繼承的特性，使用范圍為類繼承接口的情況，可以同時繼承多個接口（接口跟接口之間采用逗號分隔）。

implements 關鍵字

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

 

super 與 this 關鍵字

super關鍵字：我們可以通過super關鍵字來實現對父類成員的訪問，用來引用當前對象的父類。

this關鍵字：指向自己的引用。

實例

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 調用自己的方法
    super.eat();  // super 調用父類方法
  }
}
 
public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    Animal a = new Animal();
    a.eat();
    Dog d = new Dog();
    d.eatTest();
  }
}

 

　　

輸出結果為：

animal : eat
dog : eat
animal : eat

 

　　

final關鍵字

final 關鍵字聲明類可以把類定義為不能繼承的，即最終類；或者用於修飾方法，該方法不能被子類重寫：

• 聲明類：

final class 類名 {//類體}

 

• 聲明方法

　　　　

修飾符(public/private/default/protected) final 返回值類型 方法名(){//方法體}

 

　　

 

注:實例變量也可以被定義為 final，被定義為 final 的變量不能被修改。被聲明為 final 類的方法自動地聲明為 final，但是實例變量並不是 final

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構造器

子類是不繼承父類的構造器（構造方法或者構造函數）的，它只是調用（隱式或顯式）。如果父類的構造器帶有參數，則必須在子類的構造器中顯式地通過 super 關鍵字調用父類的構造器並配以適當的參數列表。

如果父類構造器沒有參數，則在子類的構造器中不需要使用 super 關鍵字調用父類構造器，系統會自動調用父類的無參構造器。

實例

class SuperClass {
  private int n;
  SuperClass(){
    System.out.println("SuperClass()");
  }
  SuperClass(int n) {
    System.out.println("SuperClass(int n)");
    this.n = n;
  }
}
// SubClass 類繼承
class SubClass extends SuperClass{
  private int n;
  
  SubClass(){ // 自動調用父類的無參數構造器
    System.out.println("SubClass");
  }  
  
  public SubClass(int n){ 
    super(300);  // 調用父類中帶有參數的構造器
    System.out.println("SubClass(int n):"+n);
    this.n = n;
  }
}
// SubClas2 類繼承
class SubClass2 extends SuperClass{
  private int n;
  
  SubClass2(){
    super(300);  // 調用父類中帶有參數的構造器
    System.out.println("SubClass2");
  }  
  
  public SubClass2(int n){ // 自動調用父類的無參數構造器
    System.out.println("SubClass2(int n):"+n);
    this.n = n;
  }
}
public class TestSuperSub{
  public static void main (String args[]){
    System.out.println("------SubClass 類繼承------");
    SubClass sc1 = new SubClass();
    SubClass sc2 = new SubClass(100); 
    System.out.println("------SubClass2 類繼承------");
    SubClass2 sc3 = new SubClass2();
    SubClass2 sc4 = new SubClass2(200); 
  }
}

 

　　

輸出結果為：

------SubClass 類繼承------
SuperClass()
SubClass
SuperClass(int n)
SubClass(int n):100
------SubClass2 類繼承------
SuperClass(int n)
SubClass2
SuperClass()
SubClass2(int n):200

 

Java 封裝

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在面向對象程式設計方法中，封裝（英語：Encapsulation）是指一種將抽象性函式接口的實現細節部份包裝、隱藏起來的方法。

封裝可以被認為是一個保護屏障，防止該類的代碼和數據被外部類定義的代碼隨機訪問。

要訪問該類的代碼和數據，必須通過嚴格的接口控制。

封裝最主要的功能在於我們能修改自己的實現代碼，而不用修改那些調用我們代碼的程序片段。

適當的封裝可以讓程式碼更容易理解與維護，也加強了程式碼的安全性。

封裝的優點

• 1. 良好的封裝能夠減少耦合。

• 2. 類內部的結構可以自由修改。

• 3. 可以對成員變量進行更精確的控制。

• 4. 隱藏信息，實現細節。

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實現Java封裝的步驟

1. 修改屬性的可見性來限制對屬性的訪問（一般限制為private），例如：

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

 

這段代碼中，將 name 和 age 屬性設置為私有的，只能本類才能訪問，其他類都訪問不了，如此就對信息進行了隱藏。

2. 對每個值屬性提供對外的公共方法訪問，也就是創建一對賦取值方法，用於對私有屬性的訪問，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 關鍵字是為了解決實例變量（private String name）和局部變量（setName(String name)中的name變量）之間發生的同名的沖突。

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實例

讓我們來看一個java封裝類的例子：

EncapTest.java 文件代碼：

/* 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;
   }
}

 

以上實例中public方法是外部類訪問該類成員變量的入口。

通常情況下，這些方法被稱為getter和setter方法。

因此，任何要訪問類中私有成員變量的類都要通過這些getter和setter方法。

通過如下的例子說明EncapTest類的變量怎樣被訪問：

RunEncap.java 文件代碼：

/* 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());
    }
}

 

以上代碼編譯運行結果如下:

Name : James Age : 20

 

　　

Java 多態

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多態是同一個行為具有多個不同表現形式或形態的能力。

多態就是同一個接口，使用不同的實例而執行不同操作，如圖所示：

 

多態性是對象多種表現形式的體現。

現實中，比如我們按下 F1 鍵這個動作：

• 如果當前在 Flash 界面下彈出的就是 AS 3 的幫助文檔；
• 如果當前在 Word 下彈出的就是 Word 幫助；
• 在 Windows 下彈出的就是 Windows 幫助和支持。

同一個事件發生在不同的對象上會產生不同的結果。

多態的優點

• 1. 消除類型之間的耦合關系
• 2. 可替換性
• 3. 可擴充性
• 4. 接口性
• 5. 靈活性
• 6. 簡化性

多態存在的三個必要條件

• 繼承
• 重寫
• 父類引用指向子類對象

比如：

Parent p = new Child();

當使用多態方式調用方法時，首先檢查父類中是否有該方法，如果沒有，則編譯錯誤；如果有，再去調用子類的同名方法。

多態的好處：可以使程序有良好的擴展，並可以對所有類的對象進行通用處理。

以下是一個多態實例的演示，詳細說明請看注釋：

 

Test.java 文件代碼：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
      show(new Cat());  // 以 Cat 對象調用 show 方法
      show(new Dog());  // 以 Dog 對象調用 show 方法
                
      Animal a = new Cat();  // 向上轉型  
      a.eat();               // 調用的是 Cat 的 eat
      Cat c = (Cat)a;        // 向下轉型  
      c.work();        // 調用的是 Cat 的 work
  }  
            
    public static void show(Animal a)  {
      a.eat();  
        // 類型判斷
        if (a instanceof Cat)  {  // 貓做的事情 
            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("吃魚");  
    }  
    public void work() {  
        System.out.println("抓老鼠");  
    }  
}  
  
class Dog extends Animal {  
    public void eat() {  
        System.out.println("吃骨頭");  
    }  
    public void work() {  
        System.out.println("看家");  
    }  
}

 

執行以上程序，輸出結果為：

吃魚
抓老鼠
吃骨頭
看家
吃魚
抓老鼠

 

虛函數

虛函數的存在是為了多態。

Java 中其實沒有虛函數的概念，它的普通函數就相當於 C++ 的虛函數，動態綁定是Java的默認行為。如果 Java 中不希望某個函數具有虛函數特性，可以加上 final 關鍵字變成非虛函數。

重寫

我們將介紹在 Java 中，當設計類時，被重寫的方法的行為怎樣影響多態性。

我們已經討論了方法的重寫，也就是子類能夠重寫父類的方法。

當子類對象調用重寫的方法時，調用的是子類的方法，而不是父類中被重寫的方法。

要想調用父類中被重寫的方法，則必須使用關鍵字 super。

 

Employee.java 文件代碼：

/* 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 構造函數");
      this.name = name;
      this.address = address;
      this.number = number;
   }
   public void mailCheck() {
      System.out.println("郵寄支票給： " + 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;
   }
}

假設下面的類繼承Employee類：

Salary.java 文件代碼：

/* 文件名 : Salary.java */
public class Salary extends Employee
{
   private double salary; // 全年工資
   public Salary(String name, String address, int number, double salary) {
       super(name, address, number);
       setSalary(salary);
   }
   public void mailCheck() {
       System.out.println("Salary 類的 mailCheck 方法 ");
       System.out.println("郵寄支票給：" + getName()
       + " ，工資為：" + salary);
   }
   public double getSalary() {
       return salary;
   }
   public void setSalary(double newSalary) {
       if(newSalary >= 0.0) {
          salary = newSalary;
       }
   }
   public double computePay() {
      System.out.println("計算工資，付給：" + getName());
      return salary/52;
   }
}

 

現在我們仔細閱讀下面的代碼，嘗試給出它的輸出結果：

VirtualDemo.java 文件代碼：

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

以上實例編譯運行結果如下：

Employee 構造函數
Employee 構造函數
使用 Salary 的引用調用 mailCheck -- 
Salary 類的 mailCheck 方法 
郵寄支票給：員工 A ，工資為：3600.0

使用 Employee 的引用調用 mailCheck--
Salary 類的 mailCheck 方法 
郵寄支票給：員工 B ，工資為：2400.0

例子解析

• 實例中，實例化了兩個 Salary 對象：一個使用 Salary 引用 s，另一個使用 Employee 引用 e。

• 當調用 s.mailCheck() 時，編譯器在編譯時會在 Salary 類中找到 mailCheck()，執行過程 JVM 就調用 Salary 類的 mailCheck()。

• 因為 e 是 Employee 的引用，所以調用 e 的 mailCheck() 方法時，編譯器會去 Employee 類查找 mailCheck() 方法 。

• 在編譯的時候，編譯器使用 Employee 類中的 mailCheck() 方法驗證該語句， 但是在運行的時候，Java虛擬機(JVM)調用的是 Salary 類中的 mailCheck() 方法。

以上整個過程被稱為虛擬方法調用，該方法被稱為虛擬方法。

Java中所有的方法都能以這種方式表現，因此，重寫的方法能在運行時調用，不管編譯的時候源代碼中引用變量是什么數據類型。

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多態的實現方式

方式一：重寫：

這個內容已經在上一章節詳細講過，就不再闡述，詳細可訪問：Java 重寫(Override)與重載(Overload)。

 

方式二：接口

• 1. 生活中的接口最具代表性的就是插座，例如一個三接頭的插頭都能接在三孔插座中，因為這個是每個國家都有各自規定的接口規則，有可能到國外就不行，那是因為國外自己定義的接口類型。