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Java:类与继承

对于面向对象的程序设计语言来说,类毫无疑问是其最重要的基础。抽象、封装、继承、多态这四大特性都离不开类,只有存在类,才能体现面向对象编程的特点,今天我们就来了解一些类与继承的相关知识。首先,我们讲述一下与类的初始化相关的东西,然后再从几个方面阐述继承这一大特性。以下是本文的目录大纲:

一.你了解类吗?
二.你了解继承吗?
三.常见的面试笔试题

若有不正之处,请多多谅解并欢迎批评指正。

一.你了解类吗?

  
在Java中,类文件是以.java为后缀的代码文件,在每个类文件中最多只允许出现一个public类,当有public类的时候,类文件的名称必须和public类的名称相同,若不存在public,则类文件的名称可以为任意的名称(当然以数字开头的名称是不允许的)。

  
在类内部,对于成员变量,如果在定义的时候没有进行显示的赋值初始化,则Java会保证类的每个成员变量都得到恰当的初始化:

1)对于 char、short、byte、int、long、float、double等基本数据类型的变量来说会默认初始化为0(boolean变量默认会被初始化为false);
2)对于引用类型的变量,会默认初始化为null。

  
如果没有显示地定义构造器,则编译器会自动创建一个无参构造器,但是要记住一点,如果显示地定义了构造器,编译器就不会自动添加构造器。注意,所有的构造器默认为static的。

  
下面我们着重讲解一下 初始化 顺序:

  
当程序执行时,需要生成某个类的对象,Java执行引擎会先检查是否加载了这个类,如果没有加载,则先执行类的加载再生成对象,如果已经加载,则直接生成对象。

  
在类的加载过程中,类的static成员变量会被初始化,另外,如果类中有static语句块,则会执行static语句块。static成员变量和static语句块的执行顺序同代码中的顺序一致。记住,在Java中,类是按需加载,只有当需要用到这个类的时候,才会加载这个类,并且只会加载一次。看下面这个例子就明白了:

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

        Bread bread1 = new Bread();
        Bread bread2 = new Bread();
    }
}


class Bread {
    static{
        System.out.println("Bread is loaded");
    }
    public Bread() {
        System.out.println("bread");
    }
}

运行这段代码就会发现”Bread is loaded”只会被打印一次。

  
在生成对象的过程中,会先初始化对象的成员变量,然后再执行构造器。也就是说类中的变量会在任何方法(包括构造器)调用之前得到初始化,即使变量散步于方法定义之间。

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        new Meal();
    }
}


class Meal {

    public Meal() {
        System.out.println("meal");
    }

    Bread bread = new Bread();
}

class Bread {

    public Bread() {
        System.out.println("bread");
    }
}

输出结果为:

bread
meal

二.你了解继承吗?

  
继承是所有OOP语言不可缺少的部分,在java中使用extends关键字来表示继承关系。当创建一个类时,总是在继承,如果没有明确指出要继承的类,就总是隐式地从根类Object进行继承。比如下面这段代码:

class Person {
    public Person() {

    }
}

class Man extends Person {
    public Man() {

    }
}

类Man继承于Person类,这样一来的话,Person类称为父类(基类),Man类称为子类(导出类)。如果两个类存在继承关系,则子类会自动继承父类的方法和变量,在子类中可以调用父类的方法和变量。在java中,只允许单继承,也就是说 一个类最多只能显示地继承于一个父类。但是一个类却可以被多个类继承,也就是说一个类可以拥有多个子类。

1.子类继承父类的成员变量

  
当子类继承了某个类之后,便可以使用父类中的成员变量,但是并不是完全继承父类的所有成员变量。具体的原则如下:

1)能够继承父类的public和protected成员变量;不能够继承父类的private成员变量;
2)对于父类的包访问权限成员变量,如果子类和父类在同一个包下,则子类能够继承;否则,子类不能够继承;
3)对于子类可以继承的父类成员变量,如果在子类中出现了同名称的成员变量,则会发生隐藏现象,即子类的成员变量会屏蔽掉父类的同名成员变量。如果要在子类中访问父类中同名成员变量,需要使用super关键字来进行引用。

2.子类继承父类的方法

  
同样地,子类也并不是完全继承父类的所有方法。

1)能够继承父类的public和protected成员方法;不能够继承父类的private成员方法;
2)对于父类的包访问权限成员方法,如果子类和父类在同一个包下,则子类能够继承;否则,子类不能够继承;
3)对于子类可以继承的父类成员方法,如果在子类中出现了同名称的成员方法,则称为覆盖,即子类的成员方法会覆盖掉父类的同名成员方法。如果要在子类中访问父类中同名成员方法,需要使用super关键字来进行引用。

  
注意:隐藏和覆盖是不同的。隐藏是针对成员变量和静态方法的,而覆盖是针对普通方法的。(后面会讲到)

3.构造器

  
子类是不能够继承父类的构造器,但是要注意的是,如果父类的构造器都是带有参数的,则必须在子类的构造器中显示地通过super关键字调用父类的构造器并配以适当的参数列表。如果父类有无参构造器,则在子类的构造器中用super关键字调用父类构造器不是必须的,如果没有使用super关键字,系统会自动调用父类的无参构造器。看下面这个例子就清楚了:

class Shape {

    protected String name;

    public Shape(){
        name = "shape";
    }

    public Shape(String name) {
        this.name = name;
    }
}

class Circle extends Shape {

    private double radius;

    public Circle() {
        radius = 0;
    }

    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }

    public Circle(double radius,String name) {
        this.radius = radius;
        this.name = name;
    }
}

这样的代码是没有问题的,如果把父类的无参构造器去掉,则下面的代码必然会出错:

  
改成下面这样就行了:

4.super

super主要有两种用法:

1)super.成员变量/super.成员方法;
2)super(parameter1,parameter2….)

  
第一种用法主要用来在子类中调用父类的同名成员变量或者方法;第二种主要用在子类的构造器中显示地调用父类的构造器,要注意的是,如果是用在子类构造器中,则必须是子类构造器的第一个语句。

三.常见的面试笔试题

1.下面这段代码的输出结果是什么?

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        new Circle();
    }
}

class Draw {

    public Draw(String type) {
        System.out.println(type+" draw constructor");
    }
}

class Shape {
    private Draw draw = new Draw("shape");

    public Shape(){
        System.out.println("shape constructor");
    }
}

class Circle extends Shape {
    private Draw draw = new Draw("circle");
    public Circle() {
        System.out.println("circle constructor");
    }
}
shape draw constructor
shape constructor
circle draw constructor
circle constructor

这道题目主要考察的是类继承时构造器的调用顺序和初始化顺序。要记住一点:父类的构造器调用以及初始化过程一定在子类的前面。由于Circle类的父类是Shape类,所以Shape类先进行初始化,然后再执行Shape类的构造器。接着才是对子类Circle进行初始化,最后执行Circle的构造器。

2.下面这段代码的输出结果是什么?

/**
 * Java学习交流QQ群:589809992 我们一起学Java!
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        Shape shape = new Circle();
        System.out.println(shape.name);
        shape.printType();
        shape.printName();
    }
}

class Shape {
    public String name = "shape";

    public Shape(){
        System.out.println("shape constructor");
    }

    public void printType() {
        System.out.println("this is shape");
    }

    public static void printName() {
        System.out.println("shape");
    }
}

class Circle extends Shape {
    public String name = "circle";

    public Circle() {
        System.out.println("circle constructor");
    }

    public void printType() {
        System.out.println("this is circle");
    }

    public static void printName() {
        System.out.println("circle");
    }
}
shape constructor
circle constructor
shape
this is circle
shape

这道题主要考察了隐藏和覆盖的区别(当然也和多态相关,在后续博文中会继续讲到)。

  
覆盖只针对非静态方法(终态方法不能被继承,所以就存在覆盖一说了),而隐藏是针对成员变量和静态方法的。这2者之间的区别是:覆盖受RTTI(Runtime type identification)约束的,而隐藏却不受该约束。也就是说只有覆盖方法才会进行动态绑定,而隐藏是不会发生动态绑定的。在Java中,除了static方法和final方法,其他所有的方法都是动态绑定。因此,就会出现上面的输出结果。

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