Java基础08 继承

继承(inheritance) 是面向对象的重要概念。继承是除 组合(composition) 之外,提高代码 重复可用性(reusibility)的另一种重要方式。我们在 组合(composition)中看到,组合是重复调用对象的功能接口 。我们将看到,继承可以重复利用已有的 类的定义 。

类的继承

我们之前定义类的时候,都是从头开始,详细的定义该类的每一个成员。比如下面的Human类:

从上面的类定义,我们可以了解该类的所有细节: 该类的数据成员,该类的方法,该类的接口。

现在要定义一个新的类,比如Woman类,并假设Woman与Human类相当类似:

Human & Woman

我们可以像以前一样,从头开始,完整的定义Woman类:

一个程序员在写上面程序的时候,会有很大的烦恼。许多定义都曾在Human类中写过,但我们还要重新敲一遍。Woman类只新增了一个giveBirth()方法(该方法创建并返回一个新的Human对象)。

利用 继承 ,我们可以避免上面的重复。让Woman类继承自Human类,Woman类就自动拥有了Human类中所有public成员的功能。

我们用 extends 关键字表示继承:

这样,我们就省去了大量的输入。通过继承,我们创建了一个新类,叫做 衍生类(derived class) 。被继承的类(Human)称为 基类(baseclass) 。衍生类以基类作为自己定义的基础,并补充基类中没有定义的giveBirth()方法。继承关系可以表示为:

继承: 箭头指向基类

可以用以下Test类测试:

衍生层

通过继承,我们创建了Woman类。整个过程可以分为三个层次: 基类定义 , 衍生类定义 , 外部使用 。

基类定义 的层次就是正常的定义一个类,比如上面的Human类定义。

在 外部使用 者看来(比如Test类中创建Woman类对象),衍生类有一个统一的外部接口:

对于外部使用者来说,上述接口就已经足够了。仅从接口看,衍生类也没有什么特别之处。

然而,当程序员在 衍生类定义 的层次时,就必须要小心:

首先,接口是 混合 的: getHeight()方法和growHeight()方法来自基类,giveBirth()方法则是在衍生类内部定义的。

还有更加复杂的地方。我们之前在类的内部可以自由访问类的成员( 利用this指代对象)。然而,当我们在Woman类的定义范围内,我们无法访问基类Human的private成员。我们记得 private的含义:private的成员仅供该类内部使用。Woman类是一个不同于Human类的新类,所以位于Human类的外部。 在衍生类中,不能访问基类的private成员 。

但有趣的是,我们的growHeight()和getHeight()方法依然可以运行。这说明 基类的private成员存在 ,我们只是不能直接访问。

为了清晰概念,我们需要了解衍生类对象的生成机制。当我们创建一个衍生类的对象时,Java实际上先创建了一个 基类对象(subobject),并在基类对象的外部(注意,这里是 基类对象的外部,衍生类对象的内部),增加衍生类定义的其他成员,构成一个衍生类对象。外部使用者能看到的,就是基类和衍生类的public成员。如下图:

基类对象与衍生类对象

图中黄色为基类对象。基层的成员之间可以互相访问 (利用Human类定义中的this指代基类对象)。

蓝色部分为衍生对象新增的内容,我将这部分称为 衍生层。蓝色和黄色部分共同构成衍生对象。衍生层的成员可以相互访问(Woman定义中的this)。更进一步,我们还可以访问基层中public的成员。为此,我们用super 关键字来指代基类对象,使用super.member的方式来表示基层的(public)成员。

当我们位于衍生层时(也就是在定义Woman类时),不能访问红色的基层private成员。当我们位于外部时,既不能访问紫色的衍生层private成员,也不能访问红色的基层private成员。

(衍生层的private成员有访问禁忌,所以标为斜线。基层的private成员访问禁忌最多,所以标为交叉斜线)

super和this类似,也是 隐式参数 。我们在类定义的不同层次时,this会有不同的含义。要小心的使用this和super关键字。

(Java并不强制使用this和super。Java在许多情况下可以自动识别成员的归属。但我觉得这是个好习惯。)

protected

我们之前介绍了两个访问权限相关的关键字,private和public,它们控制了成员的外部可见性。现在,我们介绍一个新的访问权限关键字:protected 。

标为protected的成员在 该类及其衍生类中可见。这个概念很容易理解,就是说,基类的protected成员可以被衍生层访问,但不能被外部访问,如下图:

方法覆盖

衍生类对象的外部接口最终由基类对象的public成员和衍生层的public成员共同构成。如果基类public成员和衍生层的public成员同名,Java接口中呈现的究竟是哪一个呢?

我们在 构造方法与方法重载中已经提到,Java是同时通过方法名和参数列表来判断所要调用的方法的。方法是由方法名和参数列表共同决定的。上述问题中,如果只是方法名相同,而参数列表不同,那么两个方法会同时呈现到接口 ,不会给我们造成困扰。外部调用时,Java会根据提供的参数,来决定使用哪个方法 (方法重载)。

如果方法名和参数列表都相同呢?
在衍生层时,我们还可以通过super和this来确定是哪一个方法。而在外部时,我们呈现的只是统一接口,所以无法同时提供两个方法。这种情况下,Java会呈现衍生层的方法 ,而不是基层的方法。

这种机制叫做 方法覆盖(method overriding) 。方法覆盖可以被很好的利用,用于 修改基类成员的方法。比如,在衍生层,也就是定义Woman时,可以修改基类提供的breath()方法:

注意,此时我们位于衍生层,依然可以通过super来调用基类对象的breath()方法。当我们外部调用Woman类时,由于方法覆盖,就无法再调用基类对象的该方法了。

方法覆盖保持了基类对象的接口,而采用了衍生层的实现。

构造方法

在了解了基类对象和衍生层的概念之后,衍生类的构造方法也比较容易理解。

我们要在衍生类的定义中定义与类同名的构造方法。在该构造方法中:

  • 由于在创建衍生对象的时候,基类对象先被创建和初始化,所以,基类的构造方法应该先被调用。我们可以使用 super(argument list) 的语句,来调用基类的构造方法。
  • 基类对象创建之后,开始构建衍生层 (初始化衍生层成员)。这和一般的构建方法相同,参考 构造方法与方法重载

比如下面的程序中,Human类有一个构造方法:

衍生类Woman类的定义及其构造方法:

总结

extends

method overriding

protected

super.member, super()


Java基础系列教程:

文/ Vamei

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