07 Java 继承

访问权限

访问权限控制指的是本类及本类内部的成员(成员变量、成员方法、内部类)对其他类的可见性,即这些内容是否允许其他类访问。

  • 类可见表示其它类可以用这个类创建实例对象;

  • 成员可见表示其它类可以用这个类的实例对象访问到该成员。

四种访问权限

Java 中一共有四种访问权限控制,其权限控制的大小情况:public > protected > default > private

  • public:表明该成员变量或者方法是对所有类或者对象都是可见的,所有类或者对象都可以直接访问。

  • protected:表明该成员变量或者方法只有自己和其位于同一个包的其他类可见,其他包下的类不可访问,除非是他的子类。

  • default:表明该成员变量或者方法只有自己和其位于同一个包的其他类可见,其他包内的类不能访问,即便是它的子类。

  • private:表明该成员变量或者方法是私有的,只有当前类对其具有访问权限,除此之外其他类或者对象都没有访问权限,子类也没有访问权限。

protected 用于修饰成员,表示在继承体系中成员对于子类可见,但是这个访问修饰符对于类没有意义。

如果子类的方法重写了父类的方法,那么子类中该方法的访问级别不允许低于父类的访问级别。这是为了确保可以使用父类实例的地方都可以使用子类实例去代替,也就是确保满足里氏替换原则。

具体的权限控制看下面表格:

访问权限

本类

本包的类

子类

非子类的外包类

public

protected

default

private

接口成员的访问权限

接口由于其的特殊性,所有成员的访问权限都被规定,下面是接口成员的访问权限:

  • 变量:public static final

  • 抽象方法:public abstract

  • 静态方法:public static

  • 内部类、内部接口:public static

抽象类与接口

抽象类

抽象类和抽象方法都使用 abstract 关键字进行声明。如果一个类中包含抽象方法,那么这个类必须声明为抽象类。

抽象类和普通类最大的区别是,抽象类不能被实例化,需要继承抽象类才能实例化其子类。

public abstract class AbstractClassExample {
protected int x;
private int y;
public abstract void func1();
public void func2() {
System.out.println("func2");
}
}
public class AbstractExtendClassExample extends AbstractClassExample {
@Override
public void func1() {
System.out.println("func1");
}
}

接口

接口是抽象类的延伸,在 Java 8 之前,它可以看成是一个完全抽象的类,也就是说它不能有任何的方法实现。

从 Java 8 开始,接口也可以拥有默认的方法实现,这是因为不支持默认方法的接口的维护成本太高了。在 Java 8 之前,如果一个接口想要添加新的方法,那么要修改所有实现了该接口的类。

接口的成员(字段 + 方法)默认都是 public 的,并且不允许定义为 private 或者 protected。

接口的字段默认都是 static 和 final 的。

public interface InterfaceExample {
void func1();
default void func2(){
System.out.println("func2");
}
int x = 123;
public int z = 0; // Modifier 'public' is redundant for interface fields
// int y; // Variable 'y' might not have been initialized
// private int k = 0; // Modifier 'private' not allowed here
// protected int l = 0; // Modifier 'protected' not allowed here
// private void fun3(); // Modifier 'private' not allowed here
}
public class InterfaceImplementExample implements InterfaceExample {
@Override
public void func1() {
System.out.println("func1");
}
}

比较

  • 从设计层面上看,抽象类提供了一种 IS-A 关系,那么就必须满足里式替换原则,即子类对象必须能够替换掉所有父类对象。而接口更像是一种 LIKE-A 关系,它只是提供一种方法实现契约,并不要求接口和实现接口的类具有 IS-A 关系。

  • 从使用上来看,一个类可以实现多个接口,但是不能继承多个抽象类。

  • 接口的字段只能是 static 和 final 类型的,而抽象类的字段没有这种限制。

  • 接口的成员只能是 public 的,而抽象类的成员可以有多种访问权限。

使用选择

使用接口:

  • 需要让不相关的类都实现一个方法,例如不相关的类都可以实现 Compareable 接口中的 compareTo() 方法;

  • 需要使用多重继承。

使用抽象类:

  • 需要在几个相关的类中共享代码。

  • 需要能控制继承来的成员的访问权限,而不是都为 public。

  • 需要继承非静态和非常量字段。

在很多情况下,接口优先于抽象类。因为接口没有抽象类严格的类层次结构要求,可以灵活地为一个类添加行为。并且从 Java 8 开始,接口也可以有默认的方法实现,使得修改接口的成本也变的很低。

super

  • 访问父类的构造函数:可以使用 super() 函数访问父类的构造函数,从而委托父类完成一些初始化的工作。应该注意到,子类一定会调用父类的构造函数来完成初始化工作,一般是调用父类的默认构造函数,如果子类需要调用父类其它构造函数,那么就可以使用 super 函数。

  • 访问父类的成员:如果子类重写了父类的某个方法,可以通过使用 super 关键字来引用父类的方法实现。

public class SuperExample {
protected int x;
protected int y;
public SuperExample(int x, int y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
public void func() {
System.out.println("SuperExample.func()");
}
}
public class SuperExtendExample extends SuperExample {
private int z;
public SuperExtendExample(int x, int y, int z) {
super(x, y);
this.z = z;
}
@Override
public void func() {
super.func();
System.out.println("SuperExtendExample.func()");
}
}
SuperExample e = new SuperExtendExample(1, 2, 3);
e.func();
// SuperExample.func()
// SuperExtendExample.func()

重写与重载

重写(Overriding)和重载(Overloading)是 Java 中两个比较重要的概念。

  • 方法重写是在子类存在方法与父类的方法的名字相同,而且参数的个数与类型一样,返回值也一样的方法,就称为重写(Overriding)。

  • 方法重载是一个类中定义了多个方法名相同,而他们的参数的数量不同或数量相同而类型和次序不同,则称为方法的重载(Overloading)。

重写就是当子类继承自父类的相同方法,输入数据一样,但要做出有别于父类的响应时,你就要覆盖父类方法。 重载就是同样的一个方法能够根据输入数据的不同,做出不同的处理。

重写

重写(Overriding)存在于继承体系中,指子类对父类允许访问的方法的实现过程进行重新编写,返回值和形参都不能改变。即外壳不变,核心重写!

重写的好处在于子类可以根据需要,定义特定于自己的行为。也就是说子类能够根据需要实现父类的方法。

为了满足里式替换原则,重写有以下三个限制:

  • 子类方法的访问权限必须大于等于父类方法;

  • 子类方法的返回类型必须是父类方法返回类型或为其子类型。

  • 子类方法抛出的异常类型必须是父类抛出异常类型或为其子类型。

使用 @Override 注解,可以让编译器帮忙检查是否满足上面的三个限制条件。

下面的示例中,SubClass 为 SuperClass 的子类,SubClass 重写了 SuperClass 的 func() 方法。其中:

  • 子类方法访问权限为 public,大于父类的 protected。

  • 子类的返回类型为 ArrayList<Integer>,是父类返回类型 List<Integer> 的子类。

  • 子类抛出的异常类型为 Exception,是父类抛出异常 Throwable 的子类。

  • 子类重写方法使用 @Override 注解,从而让编译器自动检查是否满足限制条件。

class SuperClass {
protected List<Integer> func() throws Throwable {
return new ArrayList<>();
}
}
class SubClass extends SuperClass {
@Override
public ArrayList<Integer> func() throws Exception {
return new ArrayList<>();
}
}

在调用一个方法时,先从本类中查找看是否有对应的方法,如果没有查找到再到父类中查看,看是否有继承来的方法。否则就要对参数进行转型,转成父类之后看是否有对应的方法。总的来说,方法调用的优先级为:

  • this.func(this)

  • super.func(this)

  • this.func(super)

  • super.func(super)

/*
A
|
B
|
C
|
D
*/
class A {
public void show(A obj) {
System.out.println("A.show(A)");
}
public void show(C obj) {
System.out.println("A.show(C)");
}
}
class B extends A {
@Override
public void show(A obj) {
System.out.println("B.show(A)");
}
}
class C extends B {
}
class D extends C {
}
public static void main(String[] args) {
A a = new A();
B b = new B();
C c = new C();
D d = new D();
// 在 A 中存在 show(A obj),直接调用
a.show(a); // A.show(A)
// 在 A 中不存在 show(B obj),将 B 转型成其父类 A
a.show(b); // A.show(A)
// 在 B 中存在从 A 继承来的 show(C obj),直接调用
b.show(c); // A.show(C)
// 在 B 中不存在 show(D obj),但是存在从 A 继承来的 show(C obj),将 D 转型成其父类 C
b.show(d); // A.show(C)
// 引用的还是 B 对象,所以 ba 和 b 的调用结果一样
A ba = new B();
ba.show(c); // A.show(C)
ba.show(d); // A.show(C)
}

重载

重载(overloading)是在一个类里面,方法名字相同,而参数不同。返回类型可以相同也可以不同。

每个重载的方法(或者构造函数)都必须有一个独一无二的参数类型列表。

最常用的地方就是构造器的重载。

方法的重载规则:

  • 被重载的方法必须改变参数列表(参数个数或类型不一样)。

  • 被重载的方法可以改变返回类型。

  • 被重载的方法可以改变访问修饰符。

  • 被重载的方法可以声明新的或更广的检查异常。

  • 方法能够在同一个类中或者在一个子类中被重载。

  • 无法以返回值类型作为重载函数的区分标准。

举个栗子:

public class Overloading {
public int test(){
System.out.println("test1");
return 1;
}
public void test(int a){
System.out.println("test2");
}
// 以下两个参数类型顺序不同
public String test(int a,String s){
System.out.println("test3");
return "returntest3";
}
public String test(String s,int a){
System.out.println("test4");
return "returntest4";
}
}

总结

重写与重载之间的区别:

区别点

重写方法

重载方法

参数列表

一定不能修改

必须修改

返回类型

一定不能修改

可以修改

异常

可以减少或删除,一定不能抛出新的或者更广的异常

可以修改

访问

一定不能做更严格的限制(可以降低限制)

可以修改

关于重载和重写,有几点需要知道:

  • 重写是一个运行期间概念,重载是一个编译期概念。

  • 重写遵循所谓“运行期绑定”,即在运行的时候,根据引用变量所指向的实际对象的类型来调用方法

  • 重载遵循所谓“编译期绑定”,即在编译时根据参数变量的类型判断应该调用哪个方法。

方法的重写(Overriding)和重载(Overloading)是 java 多态性的不同表现(有争议),重写是父类与子类之间多态性的一种表现,重载可以理解成多态的具体表现形式。

关于重载是不是多态有多种论调,有些人认为重载不属于多态的体现,可以参考:Java 中多态的实现方式

重写与重载

多态

上面总结了重写与重载的概念与他们之间的区别,这里再说一下多态,以及为什么说重载不属于多态。

多态,就是同一操作作用于不同的对象,可以有不同的解释,产生不同的执行结果。如果按照这个概念来定义的话,那么多态应该是一种运行期的状态。为了实现运行期的多态,或者说是动态绑定,需要满足三个条件:即有类继承或者接口实现、子类要重写父类的方法、父类的引用指向子类的对象。

一个多态的栗子:

public class Parent{
public void call(){
sout("im Parent");
}
}
public class Son extends Parent{// 1.有类继承或者接口实现
public void call(){// 2.子类要重写父类的方法
sout("im Son");
}
}
public class Daughter extends Parent{// 1.有类继承或者接口实现
public void call(){// 2.子类要重写父类的方法
sout("im Daughter");
}
}
public class Test{
public static void main(String[] args){
Parent p = new Son(); // 3.父类的引用指向子类的对象
Parent p1 = new Daughter(); // 3.父类的引用指向子类的对象
}
}

上面的栗子属于方法的重写,满足了多态的三个条件,于是实现了多态。

另外有一种说法:多态还分为动态多态和静态多态。

上面提到的那种动态绑定认为是动态多态,因为只有在运行期才能知道真正调用的是哪个类的方法。还有一种静态多态,一般认为 Java 中的函数重载是一种静态多态,因为他需要在编译期决定具体调用哪个方法。

一般认为,多态应该是一种运行期特性,Java 中的重写是多态的体现,而重载和多态其实是无关的