继承
Java使用extends
关键字来实现继承:
class Person {
private String name;
private int age;
public String getName() {...}
public void setName(String name) {...}
public int getAge() {...}
public void setAge(int age) {...}
}
class Student extends Person {
// 不用重复name和age字段/方法,
// 只需要定义新增score字段/方法:
private int score;
public int getScore() { … }
public void setScore(int score) { … }
}
通过继承,Student
只需要编写额外的功能,不再需要重复代码
在OOP的术语中,把Person
称为超类(super class),父类(parent class),基类(base class),把Student
称为子类(subclass),扩展类(extended class)
继承树
注意在定义Person
的时候,没有写extends
。在Java中,没有明确写extends
的类,编译器会自动加上extends Object
。所以,任何类,除了Object
,都会继承自某个类。Object
<---Person
<---Student
Java只允许一个class
继承自一个类,因此,一个类有且仅有一个父类。只有Object
特殊,它没有父类
protected
private类型的属性或方法不能被继承
public、protected类型的属性或方法一定可以被继承
package/defalut 类型要看子类是否和父类在一个包
子类无法访问父类的private
字段或者private
方法。例如,Student
类就无法访问Person
类的name
和age
字段:
class Person {
private String name;
private int age;
}
class Student extends Person {
public String hello() {
return "Hello, " + name; // 编译错误:无法访问name字段
}
}
为了让子类可以访问父类的字段,需要把private
改为protected
。用protected
修饰的字段可以被子类访问:
class Person {
protected String name;
protected int age;
}
class Student extends Person {
public String hello() {
return "Hello, " + name; // 通过
}
}
因此,protected
关键字可以把字段和方法的访问权限控制在继承树内部,一个protected
字段和方法可以被其子类,以及子类的子类所访问
super
super
关键字表示父类(超类)。子类引用父类的字段时,可以用super.fieldName
。例如:
class Student extends Person {
public String hello() {
return "Hello, " + super.name;
}
}
实际上,这里使用super.name
,或者this.name
,或者name
,效果都是一样的。编译器会自动定位到父类的name
字段
必须使用super
的时候
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Student s = new Student("Xiao Ming", 12, 89);
}
}
class Person {
protected String name;
protected int age;
public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
}
class Student extends Person {
protected int score;
public Student(String name, int age, int score) {
this.score = score;
}
}
编译错误,Student
的构造方法中,无法调用Person
的构造方法
这是因为在Java中,任何class
的构造方法,第一行语句必须是调用父类的构造方法。如果没有明确地调用父类的构造方法,编译器会自动加一句super();
,所以,Student
类的构造方法实际上是这样:
class Student extends Person {
protected int score;
public Student(String name, int age, int score) {
super(); // 自动调用父类的构造方法
this.score = score;
}
}
但是,Person
类并没有无参数的构造方法,因此,编译失败
解决方法是调用Person
类存在的某个构造方法。例如:
class Student extends Person {
protected int score;
public Student(String name, int age, int score) {
super(name, age); // 调用父类的构造方法Person(String, int)
this.score = score;
}
}
结论:如果父类没有默认的构造方法,子类就必须显式调用super()
并给出参数以便让编译器定位到父类的一个合适的构造方法。
子类不会继承
任何父类的构造方法。子类默认的构造方法是编译器自动生成的,不是继承的。
向上转型
如果一个引用变量的类型是Student
,那么它可以指向一个Student
类型的实例:
Student s = new Student();
如果一个引用类型的变量是Person
,那么它可以指向一个Person
类型的实例:
Person p = new Person();
如果Student
是从Person
继承下来的,那么一个引用类型为Person
的变量可以指向Student
类型的实例.
Person p = new Student();
这是因为Student
继承自Person
,因此,它拥有Person
的全部功能。
这种把一个子类类型安全地变为父类类型的赋值,被称为向上转型(upcasting)
向上转型实际上是把一个子类型安全地变为更加抽象的父类型:
Student s = new Student();
Person p = s; // upcasting, ok
Object o1 = p; // upcasting, ok
Object o2 = s; // upcasting, ok
继承树是Student > Person > Object
所以,可以把Student
类型转型为Person
,或者更高层次的Object
向下转型instanceof
和向上转型相反,如果把一个父类类型强制转型为子类类型,就是向下转型(downcasting)。例如:
Person p1 = new Student(); // upcasting, ok
Person p2 = new Person();
Student s1 = (Student) p1; // ok
Student s2 = (Student) p2; // runtime error! ClassCastException!
Person
类型p1
实际指向Student
实例,Person
类型变量p2
实际指向Person
实例。在向下转型的时候,把p1
转型为Student
会成功,因为p1
确实指向Student
实例,把p2
转型为Student
会失败,因为p2的实际类型是Person
,不能把父类变为子类,因为子类功能比父类多,多的功能无法凭空变出来。
因此,向下转型很可能会失败。失败的时候,Java虚拟机会报ClassCastException
。
为了避免向下转型出错,Java提供了instanceof
操作符,可以先判断一个实例是不是某种类型:
Person p = new Person();
System.out.println(p instanceof Person); // true
System.out.println(p instanceof Student); // false
Student s = new Student();
System.out.println(s instanceof Person); // true
System.out.println(s instanceof Student); // true
Student n = null;
System.out.println(n instanceof Student); // false
instanceof
实际上判断一个变量所指向的实例是否是指定类型,或者这个类型的子类。如果一个引用变量为null
,那么对任何instanceof
的判断都为false
利用instanceof
,在向下转型前可以先判断:
Person p = new Student();
if (p instanceof Student) {
// 只有判断成功才会向下转型:
Student s = (Student) p; // 一定会成功
}
从Java 14开始,判断instanceof
后,可以直接转型为指定变量,避免再次强制转型。例如,对于以下代码:
Object obj = "hello";
if (obj instanceof String) {
String s = (String) obj;
System.out.println(s.toUpperCase());
}
可以改写如下:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Object obj = "hello";
if (obj instanceof String s) {
// 可以直接使用变量s:
System.out.println(s.toUpperCase());
}
}
}
使用`instanceof variable`这种判断并转型为指定类型变量的语法时,必须打开编译器开关`--source 14`和`--enable-preview`
区分继承和组合
在使用继承时,要注意逻辑一致性。
设一个吧Book
类
class Book {
protected String name;
public String getName() {...}
public void setName(String name) {...}
}
这个Book
类也有name
字段,那能不能让Student
继承自Book
呢
class Student extends Book {
protected int score;
}
显然,从逻辑上讲,这是不合理的,Student
不应该从Book
继承,而应该从Person
继承。
因为Student
是Person
的一种,它们是is关系,而Student
并不是Book
。实际上Student
和Book
的关系是has关系。
具有has关系不应该使用继承,而是使用组合,即Student
可以持有一个Book
实例:
class Student extends Person {
protected Book book;
protected int score;
}
继承是is关系,组合是has关系。