Java 封装 继承 多态

Java 继承

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继承的概念

继承是java面向对象编程技术的一块基石，因为它允许创建分等级层次的类。

继承就是子类继承父类的特征和行为，使得子类对象（实例）具有父类的实例域和方法，或子类从父类继承方法，使得子类具有父类相同的行为。

生活中的继承：

兔子和羊属于食草动物类，狮子和豹属于食肉动物类。

食草动物和食肉动物又是属于动物类。

所以继承需要符合的关系是：is-a，父类更通用，子类更具体。

虽然食草动物和食肉动物都是属于动物，但是两者的属性和行为上有差别，所以子类会具有父类的一般特性也会具有自身的特性。

类的继承格式

在 Java 中通过 extends 关键字可以申明一个类是从另外一个类继承而来的，一般形式如下：

类的继承格式

class 父类 { } class 子类 extends 父类 { }

为什么需要继承

接下来我们通过实例来说明这个需求。

开发动物类，其中动物分别为企鹅以及老鼠，要求如下：

• 企鹅：属性（姓名，id），方法（吃，睡，自我介绍）
• 老鼠：属性（姓名，id），方法（吃，睡，自我介绍）

企鹅类：

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 + "号" + name + ".");
    }
}

老鼠类：

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 + "号" + name + ".");
    }
}

从这两段代码可以看出来，代码存在重复了，导致后果就是代码量大且臃肿，而且维护性不高(维护性主要是后期需要修改的时候，就需要修改很多的代码，容易出错)，所以要从根本上解决这两段代码的问题，就需要继承，将两段代码中相同的部分提取出来组成 一个父类：

公共父类：

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 + "号" + name + ".");
    }
}

这个Animal类就可以作为一个父类，然后企鹅类和老鼠类继承这个类之后，就具有父类当中的属性和方法，子类就不会存在重复的代码，维护性也提高，代码也更加简洁，提高代码的复用性（复用性主要是可以多次使用，不用再多次写同样的代码） 继承之后的代码：

企鹅类：

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

老鼠类：

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

继承类型

需要注意的是 Java 不支持多继承，但支持多重继承。

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继承的特性

• 子类拥有父类非 private 的属性、方法。

• 子类可以拥有自己的属性和方法，即子类可以对父类进行扩展。

• 子类可以用自己的方式实现父类的方法。

• Java 的继承是单继承，但是可以多重继承，单继承就是一个子类只能继承一个父类，多重继承就是，例如 A 类继承 B 类，B 类继承 C 类，所以按照关系就是 C 类是 B 类的父类，B 类是 A 类的父类，这是 Java 继承区别于 C++ 继承的一个特性。

• 提高了类之间的耦合性（继承的缺点，耦合度高就会造成代码之间的联系越紧密，代码独立性越差）。

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继承关键字

继承可以使用 extends 和 implements 这两个关键字来实现继承，而且所有的类都是继承于 java.lang.Object，当一个类没有继承的两个关键字，则默认继承object（这个类在 java.lang 包中，所以不需要 import）祖先类。

extends关键字

在 Java 中，类的继承是单一继承，也就是说，一个子类只能拥有一个父类，所以 extends 只能继承一个类。

extends 关键字

public class Animal {
    private String name;
    private int id;
    public Animal(String myName, String myid) {
        //初始化属性值
    }
    public void eat() {  //吃东西方法的具体实现  }
    public void sleep() { //睡觉方法的具体实现  }
} 

public class Penguin  extends  Animal{
}

　　

implements关键字

使用 implements 关键字可以变相的使java具有多继承的特性，使用范围为类继承接口的情况，可以同时继承多个接口（接口跟接口之间采用逗号分隔）。

implements 关键字

public interface A {
    public void eat();
    public void sleep();
}

public interface B {
    public void show();
}

public class C implements A,B {
}

super 与 this 关键字

super关键字：我们可以通过super关键字来实现对父类成员的访问，用来引用当前对象的父类。

this关键字：指向自己的引用。

实例

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 调用自己的方法
    super.eat();  // super 调用父类方法
  }
}

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    Animal a = new Animal();
    a.eat();
    Dog d = new Dog();
    d.eatTest();
  }
}

　　

输出结果为：

animal : eat
dog : eat
animal : eat

　　

final关键字

final 关键字声明类可以把类定义为不能继承的，即最终类；或者用于修饰方法，该方法不能被子类重写：

• 声明类：

final class 类名 {//类体}

• 声明方法

　　　　

修饰符(public/private/default/protected) final 返回值类型 方法名(){//方法体}

　　

注:实例变量也可以被定义为 final，被定义为 final 的变量不能被修改。被声明为 final 类的方法自动地声明为 final，但是实例变量并不是 final

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构造器

子类是不继承父类的构造器（构造方法或者构造函数）的，它只是调用（隐式或显式）。如果父类的构造器带有参数，则必须在子类的构造器中显式地通过 super 关键字调用父类的构造器并配以适当的参数列表。

如果父类构造器没有参数，则在子类的构造器中不需要使用 super 关键字调用父类构造器，系统会自动调用父类的无参构造器。

实例

class SuperClass {
  private int n;
  SuperClass(){
    System.out.println("SuperClass()");
  }
  SuperClass(int n) {
    System.out.println("SuperClass(int n)");
    this.n = n;
  }
}
// SubClass 类继承
class SubClass extends SuperClass{
  private int n;

  SubClass(){ // 自动调用父类的无参数构造器
    System.out.println("SubClass");
  }  

  public SubClass(int n){
    super(300);  // 调用父类中带有参数的构造器
    System.out.println("SubClass(int n):"+n);
    this.n = n;
  }
}
// SubClas2 类继承
class SubClass2 extends SuperClass{
  private int n;

  SubClass2(){
    super(300);  // 调用父类中带有参数的构造器
    System.out.println("SubClass2");
  }  

  public SubClass2(int n){ // 自动调用父类的无参数构造器
    System.out.println("SubClass2(int n):"+n);
    this.n = n;
  }
}
public class TestSuperSub{
  public static void main (String args[]){
    System.out.println("------SubClass 类继承------");
    SubClass sc1 = new SubClass();
    SubClass sc2 = new SubClass(100);
    System.out.println("------SubClass2 类继承------");
    SubClass2 sc3 = new SubClass2();
    SubClass2 sc4 = new SubClass2(200);
  }
}

　　

输出结果为：

------SubClass 类继承------
SuperClass()
SubClass
SuperClass(int n)
SubClass(int n):100
------SubClass2 类继承------
SuperClass(int n)
SubClass2
SuperClass()
SubClass2(int n):200

Java 封装

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在面向对象程式设计方法中，封装（英语：Encapsulation）是指一种将抽象性函式接口的实现细节部份包装、隐藏起来的方法。

封装可以被认为是一个保护屏障，防止该类的代码和数据被外部类定义的代码随机访问。

要访问该类的代码和数据，必须通过严格的接口控制。

封装最主要的功能在于我们能修改自己的实现代码，而不用修改那些调用我们代码的程序片段。

适当的封装可以让程式码更容易理解与维护，也加强了程式码的安全性。

封装的优点

• 1. 良好的封装能够减少耦合。

• 2. 类内部的结构可以自由修改。

• 3. 可以对成员变量进行更精确的控制。

• 4. 隐藏信息，实现细节。

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实现Java封装的步骤

1. 修改属性的可见性来限制对属性的访问（一般限制为private），例如：

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

这段代码中，将 name 和 age 属性设置为私有的，只能本类才能访问，其他类都访问不了，如此就对信息进行了隐藏。

2. 对每个值属性提供对外的公共方法访问，也就是创建一对赋取值方法，用于对私有属性的访问，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 关键字是为了解决实例变量（private String name）和局部变量（setName(String name)中的name变量）之间发生的同名的冲突。

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实例

让我们来看一个java封装类的例子：

EncapTest.java 文件代码：

/* 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;
   }
}

以上实例中public方法是外部类访问该类成员变量的入口。

通常情况下，这些方法被称为getter和setter方法。

因此，任何要访问类中私有成员变量的类都要通过这些getter和setter方法。

通过如下的例子说明EncapTest类的变量怎样被访问：

RunEncap.java 文件代码：

/* 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());
    }
}

以上代码编译运行结果如下:

Name : James Age : 20

　　

Java 多态

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多态是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。

多态就是同一个接口，使用不同的实例而执行不同操作，如图所示：

多态性是对象多种表现形式的体现。

现实中，比如我们按下 F1 键这个动作：

• 如果当前在 Flash 界面下弹出的就是 AS 3 的帮助文档；
• 如果当前在 Word 下弹出的就是 Word 帮助；
• 在 Windows 下弹出的就是 Windows 帮助和支持。

同一个事件发生在不同的对象上会产生不同的结果。

多态的优点

• 1. 消除类型之间的耦合关系
• 2. 可替换性
• 3. 可扩充性
• 4. 接口性
• 5. 灵活性
• 6. 简化性

多态存在的三个必要条件

• 继承
• 重写
• 父类引用指向子类对象

比如：

Parent p = new Child();

当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误；如果有，再去调用子类的同名方法。

多态的好处：可以使程序有良好的扩展，并可以对所有类的对象进行通用处理。

以下是一个多态实例的演示，详细说明请看注释：

Test.java 文件代码：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
      show(new Cat());  // 以 Cat 对象调用 show 方法
      show(new Dog());  // 以 Dog 对象调用 show 方法

      Animal a = new Cat();  // 向上转型
      a.eat();               // 调用的是 Cat 的 eat
      Cat c = (Cat)a;        // 向下转型
      c.work();        // 调用的是 Cat 的 work
  }  

    public static void show(Animal a)  {
      a.eat();
        // 类型判断
        if (a instanceof Cat)  {  // 猫做的事情
            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("吃鱼");
    }
    public void work() {
        System.out.println("抓老鼠");
    }
}  

class Dog extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("吃骨头");
    }
    public void work() {
        System.out.println("看家");
    }
}

执行以上程序，输出结果为：

吃鱼
抓老鼠
吃骨头
看家
吃鱼
抓老鼠

虚函数

虚函数的存在是为了多态。

Java 中其实没有虚函数的概念，它的普通函数就相当于 C++ 的虚函数，动态绑定是Java的默认行为。如果 Java 中不希望某个函数具有虚函数特性，可以加上 final 关键字变成非虚函数。

重写

我们将介绍在 Java 中，当设计类时，被重写的方法的行为怎样影响多态性。

我们已经讨论了方法的重写，也就是子类能够重写父类的方法。

当子类对象调用重写的方法时，调用的是子类的方法，而不是父类中被重写的方法。

要想调用父类中被重写的方法，则必须使用关键字 super。

Employee.java 文件代码：

/* 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 构造函数");
      this.name = name;
      this.address = address;
      this.number = number;
   }
   public void mailCheck() {
      System.out.println("邮寄支票给： " + 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;
   }
}

假设下面的类继承Employee类：

Salary.java 文件代码：

/* 文件名 : Salary.java */
public class Salary extends Employee
{
   private double salary; // 全年工资
   public Salary(String name, String address, int number, double salary) {
       super(name, address, number);
       setSalary(salary);
   }
   public void mailCheck() {
       System.out.println("Salary 类的 mailCheck 方法 ");
       System.out.println("邮寄支票给：" + getName()
       + " ，工资为：" + salary);
   }
   public double getSalary() {
       return salary;
   }
   public void setSalary(double newSalary) {
       if(newSalary >= 0.0) {
          salary = newSalary;
       }
   }
   public double computePay() {
      System.out.println("计算工资，付给：" + getName());
      return salary/52;
   }
}

现在我们仔细阅读下面的代码，尝试给出它的输出结果：

VirtualDemo.java 文件代码：

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

以上实例编译运行结果如下：

Employee 构造函数
Employee 构造函数
使用 Salary 的引用调用 mailCheck --
Salary 类的 mailCheck 方法
邮寄支票给：员工 A ，工资为：3600.0

使用 Employee 的引用调用 mailCheck--
Salary 类的 mailCheck 方法
邮寄支票给：员工 B ，工资为：2400.0

例子解析

• 实例中，实例化了两个 Salary 对象：一个使用 Salary 引用 s，另一个使用 Employee 引用 e。

• 当调用 s.mailCheck() 时，编译器在编译时会在 Salary 类中找到 mailCheck()，执行过程 JVM 就调用 Salary 类的 mailCheck()。

• 因为 e 是 Employee 的引用，所以调用 e 的 mailCheck() 方法时，编译器会去 Employee 类查找 mailCheck() 方法 。

• 在编译的时候，编译器使用 Employee 类中的 mailCheck() 方法验证该语句， 但是在运行的时候，Java虚拟机(JVM)调用的是 Salary 类中的 mailCheck() 方法。

以上整个过程被称为虚拟方法调用，该方法被称为虚拟方法。

Java中所有的方法都能以这种方式表现，因此，重写的方法能在运行时调用，不管编译的时候源代码中引用变量是什么数据类型。

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多态的实现方式

方式一：重写：

这个内容已经在上一章节详细讲过，就不再阐述，详细可访问：Java 重写(Override)与重载(Overload)。

方式二：接口

• 1. 生活中的接口最具代表性的就是插座，例如一个三接头的插头都能接在三孔插座中，因为这个是每个国家都有各自规定的接口规则，有可能到国外就不行，那是因为国外自己定义的接口类型。