java-類（class）繼承，重寫，重構，抽象，接口等

本文轉載自查看原文 2019-03-24 21:15 1253 JAVA

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：

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）

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。

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）。

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。

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）。

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。

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();
  }
}

結果：
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

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。

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); 
  }
}

結果：
------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

重寫(Override)

重寫是子類對父類的允許訪問的方法的實現過程進行重新編寫, 返回值和形參都不能改變。即外殼不變，核心重寫！

重寫的好處在於子類可以根據需要，定義特定於自己的行為。也就是說子類能夠根據需要實現父類的方法。

重寫方法不能拋出新的檢查異常或者比被重寫方法申明更加寬泛的異常。例如：父類的一個方法申明了一個檢查異常 IOException，但是在重寫這個方法的時候不能拋出 Exception 異常，因為 Exception 是 IOException 的父類，只能拋出 IOException 的子類異常。

在面向對象原則里，重寫意味着可以重寫任何現有方法。實例如下：

class Animal{
   public void move(){
      System.out.println("動物可以移動");
   }
}
 
class Dog extends Animal{
   public void move(){
      System.out.println("狗可以跑和走");
   }
}
 
public class TestDog{
   public static void main(String args[]){
      Animal a = new Animal(); // Animal 對象
      Animal b = new Dog(); // Dog 對象
 
      a.move();// 執行 Animal 類的方法
 
      b.move();//執行 Dog 類的方法
   }
}

在上面的例子中可以看到，盡管b屬於Animal類型，但是它運行的是Dog類的move方法。

這是由於在編譯階段，只是檢查參數的引用類型。

然而在運行時，Java虛擬機(JVM)指定對象的類型並且運行該對象的方法。

因此在上面的例子中，之所以能編譯成功，是因為Animal類中存在move方法，然而運行時，運行的是特定對象的方法。

思考以下例子：

class Animal{
   public void move(){
      System.out.println("動物可以移動");
   }
}
 
class Dog extends Animal{
   public void move(){
      System.out.println("狗可以跑和走");
   }
   public void bark(){
      System.out.println("狗可以吠叫");
   }
}
 
public class TestDog{
   public static void main(String args[]){
      Animal a = new Animal(); // Animal 對象
      Animal b = new Dog(); // Dog 對象
 
      a.move();// 執行 Animal 類的方法
      b.move();//執行 Dog 類的方法
      b.bark();
   }
}

以上實例編譯運行結果如下：

TestDog.java:30: cannot find symbol symbol : method bark() location: class Animal b.bark(); ^

該程序將拋出一個編譯錯誤，因為b的引用類型Animal沒有bark方法。

方法的重寫規則

參數列表必須完全與被重寫方法的相同；
返回類型必須完全與被重寫方法的返回類型相同；
訪問權限不能比父類中被重寫的方法的訪問權限更低。例如：如果父類的一個方法被聲明為public，那么在子類中重寫該方法就不能聲明為protected。
父類的成員方法只能被它的子類重寫。
聲明為final的方法不能被重寫。
聲明為static的方法不能被重寫，但是能夠被再次聲明。
子類和父類在同一個包中，那么子類可以重寫父類所有方法，除了聲明為private和final的方法。
子類和父類不在同一個包中，那么子類只能夠重寫父類的聲明為public和protected的非final方法。
重寫的方法能夠拋出任何非強制異常，無論被重寫的方法是否拋出異常。但是，重寫的方法不能拋出新的強制性異常，或者比被重寫方法聲明的更廣泛的強制性異常，反之則可以。
構造方法不能被重寫。
如果不能繼承一個方法，則不能重寫這個方法。

Super關鍵字的使用

當需要在子類中調用父類的被重寫方法時，要使用super關鍵字。

class Animal{
   public void move(){
      System.out.println("動物可以移動");
   }
}
 
class Dog extends Animal{
   public void move(){
      super.move(); // 應用super類的方法
      System.out.println("狗可以跑和走");
   }
}
 
public class TestDog{
   public static void main(String args[]){
 
      Animal b = new Dog(); // Dog 對象
      b.move(); //執行 Dog類的方法
 
   }
}

結果：
動物可以移動
狗可以跑和走

重載(Overload)

重載(overloading) 是在一個類里面，方法名字相同，而參數不同。返回類型可以相同也可以不同。

每個重載的方法（或者構造函數）都必須有一個獨一無二的參數類型列表。

最常用的地方就是構造器的重載。

重載規則:

被重載的方法必須改變參數列表(參數個數或類型不一樣)；
被重載的方法可以改變返回類型；
被重載的方法可以改變訪問修飾符；
被重載的方法可以聲明新的或更廣的檢查異常；
方法能夠在同一個類中或者在一個子類中被重載。
無法以返回值類型作為重載函數的區分標准。

public class Overloading {
    public int test(){
        System.out.println("test1");
        return 1;
    }
 
    public void test(int a){
        System.out.println("test2");
    }   
 
    //以下兩個參數類型順序不同
    public String test(int a,String s){
        System.out.println("test3");
        return "returntest3";
    }   
 
    public String test(String s,int a){
        System.out.println("test4");
        return "returntest4";
    }   
 
    public static void main(String[] args){
        Overloading o = new Overloading();
        System.out.println(o.test());
        o.test(1);
        System.out.println(o.test(1,"test3"));
        System.out.println(o.test("test4",1));
    }
}

重寫與重載之間的區別

總結

方法的重寫(Overriding)和重載(Overloading)是java多態性的不同表現，重寫是父類與子類之間多態性的一種表現，重載可以理解成多態的具體表現形式。

(1)方法重載是一個類中定義了多個方法名相同,而他們的參數的數量不同或數量相同而類型和次序不同,則稱為方法的重載(Overloading)。
(2)方法重寫是在子類存在方法與父類的方法的名字相同,而且參數的個數與類型一樣,返回值也一樣的方法,就稱為重寫(Overriding)。
(3)方法重載是一個類的多態性表現,而方法重寫是子類與父類的一種多態性表現。

Java 多態

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

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：

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");  
    }  
}

結果：

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;
   }
}

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;
   }
}

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。

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。
2. java中的接口類似於生活中的接口，就是一些方法特征的集合，但沒有方法的實現。具體可以看 java接口這一章節的內容。

方式三：抽象類和抽象方法

Java 抽象類

在面向對象的概念中，所有的對象都是通過類來描繪的，但是反過來，並不是所有的類都是用來描繪對象的，如果一個類中沒有包含足夠的信息來描繪一個具體的對象，這樣的類就是抽象類。

抽象類除了不能實例化對象之外，類的其它功能依然存在，成員變量、成員方法和構造方法的訪問方式和普通類一樣。

由於抽象類不能實例化對象，所以抽象類必須被繼承，才能被使用。也是因為這個原因，通常在設計階段決定要不要設計抽象類。

父類包含了子類集合的常見的方法，但是由於父類本身是抽象的，所以不能使用這些方法。

在Java中抽象類表示的是一種繼承關系，一個類只能繼承一個抽象類，而一個類卻可以實現多個接口。

抽象類

在Java語言中使用abstract class來定義抽象類。如下實例：

/* 文件名 : Employee.java */
public abstract class Employee
{
   private String name;
   private String address;
   private int number;
   public Employee(String name, String address, int number)
   {
      System.out.println("Constructing an Employee");
      this.name = name;
      this.address = address;
      this.number = number;
   }
   public double computePay()
   {
     System.out.println("Inside Employee computePay");
     return 0.0;
   }
   public void mailCheck()
   {
      System.out.println("Mailing a check to " + 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;
   }
}

注意到該 Employee 類沒有什么不同，盡管該類是抽象類，但是它仍然有 3 個成員變量，7 個成員方法和 1 個構造方法。現在如果你嘗試如下的例子：

AbstractDemo.java 文件代碼：
/* 文件名 : AbstractDemo.java */
public class AbstractDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      /* 以下是不允許的，會引發錯誤 */
      Employee e = new Employee("George W.", "Houston, TX", 43);
 
      System.out.println("\n Call mailCheck using Employee reference--");
      e.mailCheck();
    }
}
當你嘗試編譯AbstractDemo類時，會產生如下錯誤：

Employee.java:46: Employee is abstract; cannot be instantiated
      Employee e = new Employee("George W.", "Houston, TX", 43);
                   ^
1 error

抽象類繼承：

Salary.java 文件代碼：
/* 文件名 : Salary.java */
public class Salary extends Employee
{
   private double salary; //Annual salary
   public Salary(String name, String address, int number, double
      salary)
   {
       super(name, address, number);
       setSalary(salary);
   }
   public void mailCheck()
   {
       System.out.println("Within mailCheck of Salary class ");
       System.out.println("Mailing check to " + getName()
       + " with salary " + salary);
   }
   public double getSalary()
   {
       return salary;
   }
   public void setSalary(double newSalary)
   {
       if(newSalary >= 0.0)
       {
          salary = newSalary;
       }
   }
   public double computePay()
   {
      System.out.println("Computing salary pay for " + getName());
      return salary/52;
   }
}
盡管我們不能實例化一個 Employee 類的對象，但是如果我們實例化一個 Salary 類對象，該對象將從 Employee 類繼承 7 個成員方法，且通過該方法可以設置或獲取三個成員變量。

AbstractDemo.java 文件代碼：
/* 文件名 : AbstractDemo.java */
public class AbstractDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      Salary s = new Salary("Mohd Mohtashim", "Ambehta, UP", 3, 3600.00);
      Employee e = new Salary("John Adams", "Boston, MA", 2, 2400.00);
 
      System.out.println("Call mailCheck using Salary reference --");
      s.mailCheck();
 
      System.out.println("\n Call mailCheck using Employee reference--");
      e.mailCheck();
    }
}
以上程序編譯運行結果如下：

Constructing an Employee
Constructing an Employee
Call mailCheck using  Salary reference --
Within mailCheck of Salary class
Mailing check to Mohd Mohtashim with salary 3600.0

Call mailCheck using Employee reference--
Within mailCheck of Salary class
Mailing check to John Adams with salary 2400.

抽象方法

如果你想設計這樣一個類，該類包含一個特別的成員方法，該方法的具體實現由它的子類確定，那么你可以在父類中聲明該方法為抽象方法。

Abstract 關鍵字同樣可以用來聲明抽象方法，抽象方法只包含一個方法名，而沒有方法體。

抽象方法沒有定義，方法名后面直接跟一個分號，而不是花括號。

public abstract class Employee
{
   private String name;
   private String address;
   private int number;
   
   public abstract double computePay();
   
   //其余代碼
}

聲明抽象方法會造成以下兩個結果：

如果一個類包含抽象方法，那么該類必須是抽象類。
任何子類必須重寫父類的抽象方法，或者聲明自身為抽象類。

繼承抽象方法的子類必須重寫該方法。否則，該子類也必須聲明為抽象類。最終，必須有子類實現該抽象方法，否則，從最初的父類到最終的子類都不能用來實例化對象。

如果Salary類繼承了Employee類，那么它必須實現computePay()方法：

Salary.java 文件代碼：
/* 文件名 : Salary.java */
public class Salary extends Employee
{
   private double salary; // Annual salary
  
   public double computePay()
   {
      System.out.println("Computing salary pay for " + getName());
      return salary/52;
   }
 
   //其余代碼
}

抽象類總結規定

1. 抽象類不能被實例化(初學者很容易犯的錯)，如果被實例化，就會報錯，編譯無法通過。只有抽象類的非抽象子類可以創建對象。
2. 抽象類中不一定包含抽象方法，但是有抽象方法的類必定是抽象類。
3. 抽象類中的抽象方法只是聲明，不包含方法體，就是不給出方法的具體實現也就是方法的具體功能。
4. 構造方法，類方法（用 static 修飾的方法）不能聲明為抽象方法。
5. 抽象類的子類必須給出抽象類中的抽象方法的具體實現，除非該子類也是抽象類。

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