JavaSE 学习笔记03丨继承、接口、多态、内部类

Chapter. 5 继承

继承作为面向对象的三大特征之一，它是多态的前提。它主要解决的问题是共性抽取。

Java中的继承，是单继承、多级继承的。

已存在的类，被称为超类、基类、父类(parent class)；新类，被称为子类(subclass)、派生类。

每一个子类的直接父亲是唯一的，但一个父亲可拥有多个子类。子类比父类拥有的功能更加丰富。

5.1 继承的格式

定义父类的格式（普通类的定义）

public class 父类名称{
    //...
}

定义子类的格式

public class 子类名称 extends 父类名称{
    //...
}

5.2 继承中成员的访问特点

优先使用本类的成员变量与成员方法，若没有，则往上寻找。

当局部变量名、本类与父类的成员变量名均相同时，可以用以下语法进行区分使用。

• 局部变量：直接写该变量名
• 本类的成员变量：this.成员变量名
• 父类的成员变量：super.成员变量名

5.2.1 覆写（Override）

由于，父类中的有些方法对于子类并不一定适用。因此需要一个新的方法来覆盖父类中的这个方法。

覆写（或称覆盖、重写），发生在继承关系当中，方法的名称一样，参数列表也一样。

区分：重载（Overload），方法的名称一样，参数列表不一样。

特点：覆写创建的是子类对象，则优先使用子类方法。

@Override：注解（annotation），写在方法前面，用于检测是否为有效的正确覆写。（属于安全检测手段）

注意事项：

1. 子类方法的返回值必须小于等于父类方法的返回值范围。

   java.long.Object类是所有类的公共最高父类（祖宗类）

2. 子类方法的权限必须大于等于父类方法的权限修饰符。

   public > protected > (default) > private

   (default)代表什么都不写，直接留空。

3. 若父类抛出多个异常，子类覆写父类方法时，应该抛出 与父类相同的异常 或者 父类异常的子类 或者 不抛出异常；若父类没有抛出异常，子类覆写时不能抛出异常，此时子类产生该异常，只能捕获处理而不能声明抛出。

/* Phone.java文件中 */
public class Phone {
    public void show(){
        System.out.println("显示号码");
    }
}

/* NewPhone.java文件中 */
public class NewPhone extends Phone {
    @Override
    public void show(){
        super.show();
        System.out.println("显示头像");
        System.out.println("显示号码归属地");
    }
}

5.3 继承中构造方法的访问特点

1. 子类构造方法当中有一个默认隐含的super()调用，所以一定是先调用父类无参构造方法，后执行子类的构造方法。

2. 子类构造中可通过super关键字，来调用父类重载的构造方法。

   /* fa.java文件中 */
   public class fa{
       public fa(){
           System.out.println("父类无参构造！");
       }
       public fa(int num){
           System.out.println("父类构造方法！");
       }
   }
   /* son.java文件中 */
   public class son{
       public son(){
           super(20); //调用父类重载的构造方法
           System.out.println("子类构造方法！");
       }
   }
   

3. super的父类构造调用，必须为子类构造方法中的第一个且只能为第一条语句。因此，super()和this()这两种构造调用，不能同时使用。

5.4 抽象类

如果父类当中的方法不确定如何进行{}方法体实现，那么这应该是一个抽象方法，相应地，这个父类也必然是抽象类。人们只将它作为派生其他类的基类，而不作为想使用的特定的实例类。

• 抽象方法：在方法返回值之前加上abstract关键字，然后去掉大括号，直接分号结束。

• 抽象类：抽象方法所在的类，必须是抽象类。需在class之前利用abstract关键字去声明。

public abstract class Animal{ //抽象类
    public abstract void eat(); //抽象方法
    public void normalMethod(){ //普通的成员方法
        //...
    }
}

注意事项：

1. 不能创建抽象类对象，必须用一子类去继承抽象父类。

2. 抽象类中，可以有构造方法，是供子类创建对象时，初始化父类成员使用的。

3. 抽象类中，不一定包含抽象方法，但是具有抽象方法的类必定是抽象类。

4. 子类必须覆写抽象父类当中所有的抽象方法（除非该子类也是抽象类），即子类中，去掉抽象方法的abstract关键字，然后补上方法体大括号。

   public class Cat extends Animal{
       @Override
       public void eat(){
           System.out.println("The cat eats fish");
       }
   }
   

Chapter 6. 接口

接口（interface）技术，主要用来描述类具有什么功能，而并不给出每个功能的具体实现。一个类可以实现（implement）一个或多个接口，并在需要接口的地方，随时使用实现了相应接口的对象。

6.1 接口概述

在Java中，接口不是类，而是对类的一组需求描述，这些类要遵从接口描述的统一格式进行定义。重要的是，接口不能提供哪些功能，绝不能含有实例域，也不能在接口中实现方法、静态代码块、构造方法。提供实例域和方法实现的任务，应该由实现接口的那个类（可以看做为接口的子类）来完成，实现接口中所有的抽象方法，创建该类对象，就可以调用方法了，否则它必须是一个抽象类。

举个例子，Arrays类中的sort方法承诺可以对对象数组进行排序，但要求满足前提——对象所属的类必须实现了Comparable接口。

接口是一种引用数据类型，它的内部主要封装了方法，包含抽象方法（JDK7以前），默认方法和静态方法（JDK8），私有方法（JDK9）。

6.2 定义格式与基本实现

接口的定义格式：（使用interface关键字）

public interface 接口名称{
    //抽象方法
    //默认方法
    //静态方法
    //私有方法
}

在使用IDEA创建interface时，应该新建interface而不是class。

但是，换成关键字interface之后，.java文件编译生成的字节码文件仍然为.class。

类与接口的关系为实现关系，即类实现接口，该类可以称为接口的实现类，也可称为接口的子类。实现使用implements关键字（注意s）

class 类名 implements 接口名{
    //重写接口中抽象方法（必须！）
    //重写接口中默认方法（可选）
}

6.2.1 含有抽象方法

抽象方法： 使用 abstract 关键字修饰，没有方法体。该方法供子类实现使用。

定义接口：

public interface LiveAble{
    public abstract void eat();//定义抽象方法
    public abstract void sleep();
}

定义实现类：

public class Animal implements LiveAble{
    @Override
    public void eat(){
        System.out.println("获取食物");
    }
    @Override
    public void sleep(){
        System.out.println("地上睡觉");
    }
}

TIPS：对于IDEA而言，鼠标选中整个接口名称，按alt + Enter键就能方便覆写：

定义测试类：

public class InterfaceDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal a = new Animal(); //创建子类对象
        a.eat(); a.sleep();
    }
}

6.2.2 含有默认方法

默认方法：使用default修饰，不可省略，供子类调用或者子类覆写。

定义接口：

public interface LiveAble{
    public default void fly(){
        System.out.println("天上飞");
    }
}

实现类可以继承，可以重写，二选一，但是只能通过实现类的对象来调用。

1. 继承默认方法来定义实现类：

   public class Animal implements LiveAble{
       //继承，什么都不用写，直接调用
   }
   

2. 重写默认方法来定义实现类：

   public class Animal implements LiveAble{
       @Override
       public void fly(){
           System.out.println("自由自在地飞");
       }
   }
   

定义测试类：

public class InterfaceDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal a = new Animal(); //创建子类对象
        a.fly(); //1 的输出结果为：天上飞；2 的输出结果为：自由自在地飞。
    }
}

6.2.3 含有静态方法

静态方法：使用static修饰，供接口直接调用。

定义接口：

public interface LiveAble{
    public static void run(){
        System.out.println("跑起来！");
    }
}

静态与.class文件相关，只能使用接口名调用，不可通过实现类的类名或者实现类的对象调用。

定义实现类：

public class Animal implements LiveAble{
    //无法重写静态方法！
}

定义测试类：

public class InterfaceDemo{
    public static void main(String[] args){
        //Animal.run(); //错误写法，无法继承方法也不能调用。
        LiveAble.run();
    }
}

6.2.4 含有私有方法

若一个接口中有多个默认方法，且方法中有重复的内容，那么可以抽取出来，封装到私有方法中，供默认方法去调用。从设计的角度来讲，私有的方法是对默认方法和静态方法的辅助。

• 普通私有方法：只有默认方法可以调用。

  private 返回值类型 方法名称(参数列表){
      方法体
  }
  

• 静态私有方法：默认方法和静态方法可以调用。

  private static 返回值类型 方法名称(参数列表){
      方法体
  }
  

举例定义接口：

public interface LiveAble{
	public default void eat(){
        System.out.println("Eat something...");
        methodCommon();
    }
    public default void sleep(){
        System.out.println("Go to sleep...");
        methodCommon();
    }
    private void methodCommon(){ //该方法是专门为了上面两个方法所抽取出来的，不应被实现类访问。
        System.out.println("AAA");
        System.out.println("BBB");
        System.out.println("CCC");
    }
}

6.2.5 含有常量

接口当中其实也可以定义“成员变量”，但是必须使用public static final三个关键字进行修饰，从效果上看就是接口的“常量”。

定义接口：

public interface LiveAble{
    public static final int num = 233;
    //public 说明接口内外部都可使用；static 使得num与对象无关；final 使得num不可变
}

注意，接口当中的常量必须进行赋值！

6.3 实现多个接口

6.3.1 接口与抽象类的比较

使用抽象类表示通用属性会存在问题——每个类只能拓展于一个类。不同于C++的多继承特性，为了避免将语言变得非常复杂或者效率降低，Java语言利用接口机制，来实现多继承的大部分功能，由此每个类可以同时实现多个接口。

6.3.2 定义格式

public class 实例类名 implements 接口A, 接口B{
    //覆盖所有抽象方法
}

注意事项：

1. 若实现类所实现的多个接口中，存在重复的抽象方法，那么只需要覆盖重写一次即可。
2. 若实现类所实现的多个接口中，存在重复的默认方法，那么实现类一定要对冲突的默认方法进行覆写。（也就说，不能直接继承这些默认方法）
3. 一个类中若直接父类当中的方法，与接口当中的默认方法产生了冲突，优先使用父类当中的方法。

6.4 接口之间的多继承

类与类之间是单继承的，而接口与接口之间是多继承的。

接口的继承也是使用extends关键字。

定义父接口：

public interface A(){
	public default void method(){
        System.out.println("AAA");
    }
}
public interface B(){
    public default void method(){
        System.out.println("BBB");
    }
}

定义子接口：

public interface C extends A, B{
    @Override
    public default void method(){
        System.out.println("23333");
    }
}

注意事项：

1. 如果父接口中的默认方法有重名的，那么子接口需要重写一次。
2. 子接口重写默认方法时，default关键字可以保留。但是，子类重写默认方法时，default关键字不可以保留。

Chapter 7. 多态

多态：指同一行为，具有多个不同表现形式。

"is-a"规则的另一种表述法是置换法则，它表明程序中出现超类对象的任何地方都可以用子类对象置换。在Java中，对象变量是多态的，一个Employee父类变量既可引用一个Employee类对象，也可以引用一个Employee类的任何一个子类的对象。

多态的好处在于，使得程序编写得更简单，并具有良好的拓展。

7.1 多态的体现

定义格式为：

父类名称 变量名 = new 子类对象; // Parent a = new Son();
变量名.方法名(); //a.method();

父类类型：指子类对象继承的父类类型，或者实现的父接口类型。

7.2 多态中访问成员变量的两种方式

1. 通过对象名称直接访问成员变量，看new等号的左边是谁，优先用谁，没有则向上找。

   如果子类定义个age成员变量，但父类没有定义，则编译器无法找到age变量

2. 通过成员方法间接访问成员变量，看该方法属于谁，优先用谁，没有则向上找。

   子类没有覆盖重写，则向父类找；子类如果覆盖重写，则向子类找。

7.3 多态中访问成员方法的规则

看new的是谁，就优先使用谁，若没有该方法则向上找。

Parent obj = new Son();
obj.method(); //父子都有该方法，优先使用子类
obj.methodOfParent(); //子类没有，但父类有，则向上找到父类。

7.4 向上转型与向下转型

• 对象的向上转型（较安全）

  父亲引用指向子类对象，然而缺点是，对象一旦向上转型为父类，则无法调用子类原本特有的内容。

  格式为：父类名称 对象名 = new 子类名称;

• 对象的向下转型

  实际上是一个还原动作，将父类对象还原为原来的子类对象。如果对象创建的时候不是某个类，但此时若要向下转型成该类，则会报错。

  格式为：子类名称 对象名 = (子类名称) 父类对象;

  Animal animal = new Cat(); //创建一个子类Cat对象，然后将它作为父类使用
  Cat cat = (Cat) animal; //本来是Cat，已经被当做Animal，现在还原回来成为本来的Cat
  

案例实现：笔记本具备使用USB设备的功能，且都预留可插入USB设备的USB接口。定义USB接口，具备基本的开启与关闭功能。鼠标和键盘若要在电脑上正常使用，则必须遵守USB规范，实现USB接口，否则无法使用。

定义USB接口：

public interface USB {
    void open(); //打开某个设备
    void close(); //关闭某个
}

定义鼠标类：（实现接口）

public class Mouse implements USB{
    public void open(){
        System.out.println("鼠标连接成功！红灯闪烁!");
    }
    public void close(){
        System.out.println("鼠标连接断开！红灯熄灭！");
    }
    public void click(){
        System.out.println("鼠标单击!");
    }
}

定义键盘类：（实现接口）

public class KeyBoard implements USB{
    public void open(){
        System.out.println("键盘连接成功！绿灯常亮！");
    }
    public void close(){
        System.out.println("键盘连接断开！绿灯熄灭！");
    }
    public void type(){
        System.out.println("键盘打字!");
    }
}

定义笔记本类：（使用接口）

public class Laptop {
    public void run(){
        System.out.println("笔记本运行中....");
    }
    public void useUSB(USB usb){ //usb已经发生向上转型了
        //当笔记本对象调用该功能时，必须给其传递一个符合USB规则的USB设备
        if( usb != null){
            usb.open();
            if(usb instanceof Mouse){
                Mouse m = (Mouse) usb; //将usb向下转型（还原）为鼠标类
                m.click(); //调用特定方法
            }
            else if(usb instanceof KeyBoard){
                KeyBoard kb = (KeyBoard) usb;//将usb向下转型（还原）为键盘类
                kb.type(); //调用特定方法
            }
            usb.close();
        }
    }
    public void shutDown(){
        System.out.println("笔记本关闭....");
    }
}

Chapter 8. 内部类

如果一个事物内部包含另一个事物，那么这就是一个类内部包含另一个类。如类A定义在另一个类B里面，那么内部的类A称为内部类（inner class），类B称为外部类。

而内部类有两种：成员内部类 与 局部内部类（包含匿名内部类）。

8.1 成员内部类的定义与使用

一、定义

成员内部类：定义在类中方法外的类。

定义格式为

修饰符 class 外部类名称{
    修饰符 class 内部类名称{
        //...
    }
}

访问特点：

• 内部类可以直接访问外部类的数据域（包括私有成员）
• 外部类要访问内部类的成员，必须要建立内部类的对象。

编译成文件时，外部类为XXX.class，其内部类为XXX$YYY.class

二、使用

1. 间接方式：在外部类的方法中，使用内部类；然后main只是调用外部类的方法；

2. 直接方式：外部类名称.内部类名称 对象名 = new 外部类名称().new 内部类名称;

   Body.Heart myheart = new Body().new Heart();
   myheart.beat();
   

如果外部类成员变量、内部类成员变量、内部类成员方法中局部变量发生了重名现象，要访问外部类的成员变量需用：外部类名称.this.外部类成员变量名。举例使用如下：

public class Outer{
    int num = 666;

    public class Inner{
        int num = 233;

        public void methodInner(){
            int num = 30; //内部类方法的局部变量
            System.out.println(num); //局部变量，就近原则
        	System.out.println(this.num); //内部类成员变量
        	System.out.println(Outer.this.num); //外部类成员变量
        }
    }
}

8.2 局部内部类的定义与使用

一、定义

局部内部类：一个类定义在一个方法（包括main）内部

只有当前所属的方法才能够使用它，超出该方法则不能再使用。

普通局部内部类的定义格式：

修饰符 class 外部类名称{

    修饰符 返回值类型 外部类方法名称(参数列表){
        class 局部内部类名称{
            //...
        }
    }
}

二、使用

public class Outer{

    public void methodOuter(){
        class Inner{ //局部内部类，注意没有任何权限修饰符修饰！
            int num = 233;
            public void methodInner(){
                System.out.println(num);
            }
        }
        Inner inner = new Inner();
        inner.methodInner();
    }
}

注意，局部内部类倘若希望访问其所在方法的局部变量，那么该局部变量必须是“有效final”（要么被final修饰，要么只被赋一次值）

局部变量是跟随方法走的，在栈内存当中，故方法运行结束之后立刻出栈，局部变量就立刻消失。

而new出来的对象在堆内存当中且持续存在，直到垃圾回收消失。

8.3 匿名内部类的定义与使用

一、定义

匿名内部类（anonymous inner class）（开发中，最常用的内部类）：局部内部类的简化写法，它本质为一个带具体实现的、父类或者父接口的、匿名的 子类对象。

如果接口的实现类（或父类的子类）只需使用一次，那么可以省略掉该实现类（或子类）的定义，无需再创建个.java文件，而直接改为匿名内部类。

定义格式：(前提是该匿名内部类必须继承一个父类或者实现一个父接口)

接口名称 对象名 = new 接口名称(){
  	//方法覆写
    @Override
    public void 成员方法名称{
        //...
    }
}; //别忘了分号

二、使用（以接口为例）

public class DemonMain{
    public static void main(String[] args){
        /* 普通写法：
        MyInterface obj = new MyInterfaceImpl();
        obj.method();
        */
        //使用匿名内部类，但不属于匿名对象。
        //等号左边：多态赋值，接口类型引用该子类对象
        MyInterface obj = new MyInterface(){ //等号右边：定义并创建该接口的子类对象
            @Override
            public void method(){
                System.out.println("匿名内部类实现了方法！");
            }
        }; //大括号内是匿名内部类的内容。
        obj.method(); //调用覆写的方法

        //使用匿名内部类，而且省略了对象名称，故也属于匿名对象
        new MyInterface(){
            @Override
            public void method2(){
                System.out.println("匿名内部类实现了方法！");
            }
        }.method2(); //注意此处调用了方法。
    }
}

匿名内部类在创建对象的时候，只使用唯一一次（若希望多次创建对象，且类的内容一样的话，那么就必须使用单独定义的实现类）。

注意区分，匿名对象，在调用方法时，只能调用唯一一次（若希望对同一对象调用多次方法，那么就必须为该对象起名字）。

hero.setSkill(new Skill(){
	@Override
    public void use(){
        System.out.println("匿名内部类与匿名对象的同时使用！")
    }
});