Java面向对象编程之 继承性 | Java OOP Inheritance

Made by Mike_Zhang

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（二次更新：2021-09-18）

Java主题：

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OOP Introduction

请阅读本博客的Java面向对象编程详细介绍 - Java OOP Detailed Introduction

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继承性(Inheritance)

类的继承是OOP中非常重要的概念, 它的核心思想是扩展某一个父类, 得到一个子类. 子类继承类它的父类的属性和方法, 子类也可以有新的不同于父类的属性和方法, 也可以重写父类中的一些方法. 举例来说, 定义一个父类为三角形类, 而直角三角形类就是三角形类的子类, 子类拥有父类具有的属性和方法, 直角三角形类也拥有其父类不具有的属性和方法, 比如说直角三角形类的一个角为90度 这一属性就是直角三角形类特有的属性，同样也可以重写父类具有的属性和方法。

extends是Java中用来表明继承关系的关键字

以下为例子:

public class Triangle { // 三角形类
    public Triangle(){ //父类构造方法
        System.out.println("This is Triangle");
    }
    public Triangle(int i){ //父类有参构造方法
        System.out.println("A angle of the Triangle is " + i);
    }
    private float triangleAngleA, triangleAngleB, triangleAngleC;

    public void setAngle(){
        System.out.println("Please set triangleAngleA, B and C");
    }
    protected void getTriangleAngle(){ //成员方法
        System.out.println("triangleAngleA + triangleAngleB + triangleAngleC = 180");
    }
}

class RightTriangle extends Triangle{ //定义直角三角形子类继承三角形父类
    public RightTriangle(){ //子类构造方法
        System.out.println("This is Right Triangle");
    }
    public RightTriangle(int i){ //子类有参构造方法
        super(i);
        System.out.println("A angle of the Right Triangle is " + i);
    }
    public void setRightAngle(){ //在子类中添加新的成员方法
        System.out.println("triangleAngleC is 90");
    }
    public void getTriangleAngle(){ //重写父类中的成员方法
        System.out.println("triangleAngleC = 90, and ");
        super.getTriangleAngle(); //调用父类方法
    }
}

class IsoscelesRightTriangle extends RightTriangle{ //定义等腰直角三角形子类继承直角三角形父类
    public IsoscelesRightTriangle(){ //子类构造方法
        System.out.println("This is Isosceles Right Triangle");
    }
    public IsoscelesRightTriangle(int i){ //子类有参构造方法
        super(i);
        System.out.println("A angle of the Isosceles Right Triangle is " + i);
    }
    public void setIsoscelesRightAngle(){ //在子类中添加新的成员方法
        System.out.println("triangleAngleA and B are 45, triangleAngleC is 90");
    }
    public void getTriangleAngle(){ //重写父类中的成员方法
        System.out.println("triangleAngleA & B = 45, and ");
        super.getTriangleAngle(); //调用父类方法
    }
    public static void main(String[] args){ // 主函数 main()
        IsoscelesRightTriangle x = new IsoscelesRightTriangle(); // 创建一个等腰直角三角形类的方法
        x.setAngle(); // 调用三角形类的方法
        x.setRightAngle(); // 调用直角三角形类的方法
        x.setIsoscelesRightAngle(); // 调用本类的方法
    }
}

运行结果：

This is Triangle
This is Right Triangle
This is Isosceles Right Triangle
Please set triangleAngleA, B and C 
triangleAngleC is 90
triangleAngleA and B are 45, triangleAngleC is 90

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1. 被继承的成员

当一子类继承父类后，父类的实例变量将成为子类的一部分，父类的属性和方法可以被继承到子类，但是构造方法、static initializer、instance initializer并不是实例变量，所以不可以被继承。
判断实例变量是否可以继承到子类中，需要根据子类对父类实例变量的可访问性（accessibility）。子类继承了父类的某一成员，说明子类是可以访问到这一成员的。

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2. 重写方法

子类只能重写能够从父类中继承的方法，否则，如private修饰的方法不能被重写。
重写的方法必须有相同的Signature (i.e. method name, method argument type list)，如：

public class Hero{
    public void run(int x){ … }
    … 
} 
public class Wizard extends Hero{
    public void run(int x){ … } // overriding, same signature, a new version of the method in superclass
    … 
} 
public class Knight extends Hero{
    public void run(float x){ … } // overloading, different signature, redefined a new method 
    … 
}

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3. 权限修饰符

一般来说，为了保护继承性，成员属性修饰为private，成员方法修饰为public。尽管protected修饰的属性和方法可以在继承类间访问，但是最好还是让成员属性被private修饰。
子类在重写父类中的方法时, 权限的修改范围只能从小到大, protected修饰的方法只能重写成public, 而不能重写成private；

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4. super关键字

super关键字与this关键字的作用十分类似。

注意到例子三个类中都有getTriangleAngle()方法，因为子类可以使用或者修改父类中的方法。但是不能直接使用getTriangleAngle()语句调用父类方法，这样会造成自我循环调用的错误。需要使用super关键字来引用到目前子类的父类，如super.getTriangleAngle()，意思为调用目前子类的父类的getTriangleAngle()方法。但是只能调用public和protected修饰的方法。

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5. 构造方法

在Java中构造方法不会被继承，构造方法分为无参构造方法和有参构造方法。

5.1 无参构造方法

当子类创建对象时，会先调用其父类的无参构造方法。而父亲必须包含一个无参构造方法，否则子类无法隐形调用其父类的无参构造方法。

例子中，mian()中创建了IsoscelesRightTriangle类的x对象，它会调用其父类RightTriangle的构造方法，而在RightTriangle被调用时，需要先调用其父类Triangle的构造方法，一层层向上。
因此最先完成调用的是最大的父类Triangle的构造方法，因此先输出This is Triangle，再完成调用子类RightTriangle的构造方法，输出This is Right Triangle，最后完成调用子类IsoscelesRightTriangle的构造方法，输出This is Isosceles Right Triangle，一层层向下。

因此，运行后输出为：

This is Triangle // 调用Triangle类的无参构造方法
This is Right Triangle // 调用RightTriangle类的无参构造方法
This is Isosceles Right Triangle // 调用IsoscelesRightTriangle类的无参构造方法
Please set triangleAngleA, B and C 
triangleAngleC is 90
triangleAngleA and B are 45, triangleAngleC is 90

注意：
子类构造方法的第一句语句一直都是调用某一构造方法，可以是：

1. 对子类构造方法的显性重载，使用this关键字；
2. 对其父类构造方法的显性调用，使用super关键字；
3. 隐性调用其父类的无参构造方法，当没有显性调用构造方法时，编译器会自动调用，使用super关键字，如：

   就算子类IsoscelesRightTriangle没有构造方法，Java编译器也会自动调用其父类的构造方法。

举例：

class A{
    public A(){System.out.print(“1”);}
    public A(int x){System.out.print(“2”);} 
} 
class B extends A{
    public B(){
        // NO super(); inserted by the compiler for an explicit constructor this(1); exists
        this(1); // explicit constructor
        System.out.print(“3”);
    }
    public B(float x){ 
        // super(); // inserted by the compiler
        System.out.print(“4”); 
        }
} 
class C extends B{
    public C(){
        // super(); // inserted by the compiler
        System.out.print(“5”);
        } 
}

C cObj = new C();的输出为1435

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5.2 有参构造方法

父类无参构造方法能够被自动调用，但是调用父类有参构造方法需要在子类构造方法中用super关键字表明，若无，则不会调用。如下：

修改例子中的main()方法，其余不变，以测试有参构造方法：

public static void main(String[] args){ // 主函数 main()
        IsoscelesRightTriangle x = new IsoscelesRightTriangle(45); // 有参构造方法 
        x.setAngle(); // 调用三角形类的方法
        x.setRightAngle(); // 调用直角三角形类的方法
        x.setIsoscelesRightAngle(); // 调用本类的方法
    }

输出结果：

A angle of the Triangle is 45 // 调用Triangle类的有参构造方法
A angle of the Right Triangle is 45 // 调用RightTriangle类的有参构造方法
A angle of the Isosceles Right Triangle is 45 // 调用IsoscelesRightTriangle类的有参构造方法
Please set triangleAngleA, B and C
triangleAngleC is 90
triangleAngleA and B are 45, triangleAngleC is 90

注意：
在子类中，调用其父类构造方法的语句 必须是 此子类构造方法体中的 第一行被执行的语句 ，否则会报错，例子：

public IsoscelesRightTriangle(int i){ //子类有参构造方法
        System.out.println("A angle of the Isosceles Right Triangle is " + i);
        super(i); //没有写在构造方法的最前面
    }

报错：
Call to 'super()' must be first statement in constructor body

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6. Object 类

就算某一个类没有确切表明继承了父类，此类也已经自动的继承了java.lang.Object类，此为Java中的统一父类(Universal Superclass)。

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参考

B. Eckel, Thinking in java. Upper Saddle River, N.Y. Prentice Hall, 2014.
M. Goodrich, R. Tamassia, and A. O’reilly, Data Structures and Algorithms in Java, 6th Edition. John Wiley & Sons, 2014.

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写在最后

Java中OOP相关的知识是十分重要的, 会继续更新.
最后，希望大家一起交流，分享，指出问题，谢谢！

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