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Java继承

阅读1461

继承与合成基本概念

继承:可以基于已经存在的类构造一个新类。继承已经存在的类就可以复用这些类的方法和域。在此基础上,可以添加新的方法和域,从而扩充了类的功能。

合成:在新类里创建原有的对象称为合成。这种方式可以重复利用现有的代码而不更改它的形式。

1.继承的语法

关键字extends表明新类派生于一个已经存在的类。已存在的类称为父类或基类,新类称为子类或派生类。例如:

class Student extends Person {

}

类Student继承了Person,Person类称为父类或基类,Student类称为子类或派生类。

2.合成的语法

合成比较简单,就是在一个类中创建一个已经存在的类。

class Student {
    Dog dog;
}

上溯造型

1.基本概念

继承的作用在于代码的复用。由于继承意味着父类的所有方法亦可在子类中使用,所以发给父类的消息亦可发给衍生类。如果Person类中有一个eat方法,那么Student类中也会有这个方法,这意味着Student对象也是Person的一种类型。

class Person {
    public void eat() {
        System.out.println("eat");
    }

    static void show(Person p) {
        p.eat();
    }
}
public class Student extends Person{
    public static void main(String[] args) {
        Student s = new Student();
        Person.show(s);     // ①
    }
}

【运行结果】:

eat

在Person中定义的show方法是用来接收Person句柄的,但是在①处接收的却是Student对象的引用。这是因为Student对象也是Person对象。在show方法中,传入的句柄(对象的引用)可以是Person对象以及Person的衍生类对象。这种将Student句柄转换成Person句柄的行为成为上溯造型。

2.为什么要上溯造型

为什么在调用eat是要有意忽略调用它的对象类型呢?如果让show方法简单地获取Student句柄似乎更加直观易懂,但是那样会使衍生自Person类的每一个新类都要实现专属自己的show方法:

class Value {
    private int count = 1;

    private Value(int count) {
        this.count = count;
    }

    public static final Value
            v1 = new Value(1),
            v2 = new Value(2),
            v3 = new Value(3);
}

class Person {

    public void eat(Value v) {
        System.out.println("Person.eat()");
    }
}

class Teacher extends Person {
    public void eat(Value v) {
        System.out.println("Teacher.eat()");
    }
}

class Student extends Person {
    public void eat(Value v) {
        System.out.println("Student.eat()");
    }
}

public class UpcastingDemo {
    public static void show(Student s) {
        s.eat(Value.v1);
    }

    public static void show(Teacher t) {
        t.eat(Value.v1);
    }

    public static void show(Person p) {
        p.eat(Value.v1);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Student s = new Student();
        Teacher t = new Teacher();
        Person p = new Person();
        show(s);
        show(t);
        show(p);
    }
}

这种做法一个很明显的缺陷就是必须为每一个Person类的衍生类定义与之紧密相关的方法,产生了很多重复的代码。另一方面,对于如果忘记了方法的重载也不会报错。上例中的三个show方法完全可以合并为一个:

public static void show(Person p) {
     p.eat(Value.v1);
}

动态绑定

当执行show(s)时,输出结果是Student.eat(),这确实是希望得到的结果,但是似乎没有按照我们希望的形式来执行,再来看一下show方法:

public static void show(Person p) {
     p.eat(Value.v1);
}

它接收的是Person句柄,当执行show(s)时,它是如何知道Person句柄指向的是一个Student对象而不是Teacher对象呢?编译器是无从得知的,这涉及到接下来要说明的绑定问题。

1.方法调用的绑定

将一个方法同一个方法主体连接在一起就称为绑定(Binding)。若在运行运行前执行绑定,就称为“早期绑定”。上面的例子中,在只有一个Person句柄的情况下,编译器不知道具体调用哪个方法。Java实现了一种方法调用机制,可在运行期间判断对象的类型,然后调用相应的方法,这种在运行期间进行,以对象的类型为基础的绑定称为动态绑定。除非一个方法被声明为final,Java中的所有方法都是动态绑定的。
用一张图表示上溯造型的继承关系:


 
用代码概括为:

Shape s = new Shape();

按照继承关系,将创建的Circle对象句柄赋给一个Shape是合法的,因为Circle属于Shape的一种。

当调用其中一个基础类方法时:

Shape s = new Shape();

此时,调用的是Circle.draw(),这是由于动态绑定的原因。

class Person {
    void eat() {}
    void speak() {}
}
class Boy extends Person {
    void eat() {
        System.out.println("Boy.eat()");
    }
    void speak() {
        System.out.println("Boy.speak()");
    }
}
class Girl extends Person {
    void eat() {
        System.out.println("Girl.eat()");
    }
    void speak() {
        System.out.println("Girl.speak()");
    }
}
public class Persons {
    public static Person randPerson() {
        switch ((int)(Math.random() * 2)) {
        default:
        case 0:
            return new Boy();
        case 1:
            return new Girl();
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Person[] p = new Person[4];
        for (int i = 0; i < p.length; i++) {
            p[i] = randPerson();    // 随机生成Boy或Girl
        }
        for (int i = 0; i < p.length; i++) {
            p[i].eat();
        }
    }
}

对所有从Person衍生出来的类,Person建立了一个通用接口,所有衍生的类都有eat和speak两种行为。衍生类覆盖了这些定义,重新定义了这两种行为。在主类中,randPerson随机选择Person对象的句柄。**上诉造型是在return语句里发生的。**return语句取得一个Boy或Girl的句柄并将其作为Person类型返回,此时并不知道具体是什么类型,只知道是Person对象句柄。在main方法中调用randPerson方法为数组填入Person对象,但不知具体情况。当调用数组每个元素的eat方法时,动态绑定的作用就是执行对象的重新定义了的方法。

然而,动态绑定是有前提的,绑定的方法必须存在于基类中,否则无法编译通过。

class Person {
    void eat() {
        System.out.println("Person.eat()");
    }
}
class Boy extends Person {
    void eat() {
        System.out.println("Boy.eat()");
    }
    void speak() {
        System.out.println("Boy.speak()");
    }
}
public class Persons {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Boy();
        p.eat();
        p.speak();  // The method speak() is undefined for the type Person
    }
}

如果子类中没有定义覆盖方法,则会调用父类中的方法:

class Person {
    void eat() {
        System.out.println("Person.eat()");
    }
}
class Boy extends Person {
}
/**
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 */
public class Persons {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Boy();
        p.eat();
    }
}

【运行结果】:

Person.eat()

2.静态方法的绑定

将上面的方法都加上static关键字,变成静态方法:

class Person {
    static void eat() {
        System.out.println("Person.eat()");
    }
    static void speak() {
        System.out.println("Person.speak()");
    }
}
class Boy extends Person {
    static void eat() {
        System.out.println("Boy.eat()");
    }
    static void speak() {
        System.out.println("Boy.speak()");
    }
}
class Girl extends Person {
    static void eat() {
        System.out.println("Girl.eat()");
    }
    static void speak() {
        System.out.println("Girl.speak()");
    }
}
public class Persons {
    public static Person randPerson() {
        switch ((int)(Math.random() * 2)) {
        default:
        case 0:
            return new Boy();
        case 1:
            return new Girl();
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Person[] p = new Person[4];
        for (int i = 0; i < p.length; i++) {
            p[i] = randPerson();    // 随机生成Boy或Girl
        }
        for (int i = 0; i < p.length; i++) {
            p[i].eat();
        }
    }
}

【运行结果】:

Person.eat() 
Person.eat() 
Person.eat() 
Person.eat() 

观察结果,对于静态方法而言,不管父类引用指向的什么子类对象,调用的都是父类的方法。

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