8.继承、覆盖、重载与多态
1. 继承
1.1 继承的概念
1.1.1 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。 例如：
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
1.1.2 继承的格式
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，格式：
class 父类 {
}
class 子类 extends 父类 {
}
1.1.3 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）
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：属性（姓名，id），方法（吃，睡，自我介绍）
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：
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);
}
}
1.2 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）。
继承的注意点： 1. 子类不是父类的子集，子类一般比父类包含更多的数据域和方法。 2. 父类中的 private 数据域在子类中是不可见的，因此在子类中不能直接使用它们。 3. 继承是为"是一个"的关系建模的，父类和其子类间必须存在"是一个"的关系，否则不能用继承。 4. 但也并不是所有"是一个"的关系都应该用继承。例如，正方形是一个矩形，但不能让 Square 类来继承 Rectangle 类，因为正方形不能从矩形扩展得到任何东西。正确的继承关系是 Square 类继承 Shape 类 5. Java 只允许单一继承（即一个子类只能有一个直接父类），C++ 可以多重继承（即一个子类有多个直接父类）。
1.3 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。
1.3.1 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。
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{
}
1.3.2 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）。
public interface A {
public void eat();
public void sleep();
}
public interface B {
public void show();
}
public class C implements A,B {
}
1.3.3 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。
public class SuperDemo {
public static void main(String []args) {
new SubClass().showMessage();
}
}
class SuperClass {
int i = 50;
}
class SubClass extends SuperClass {
int i =100;
public void showMessage() {
System.out.printf("super.i = %d, this.i = %d\n", super.i, this.i);
}
}
注意：
- super 语句必须是子类构造方法的第一条语句。不能在子类中使用父类构造方法名来调用父类构造方法。 父类的构造方法不被子类继承。调用父类的构造方法的唯一途径是使用 super 关键字，如果子类中没显式调用，则编译器自动将 super(); 作为子类构造方法的第一条语句。这会形成一个构造方法链。
- 静态方法中不能使用 super 关键字。
- 如果是继承的方法，是没有必要使用 super 来调用，直接即可调用。但如果子类覆盖或重写了父类的方法，则只有使用 super 才能在子类中调用父类中的被重写的方法。
调用父类的方法语法：
super.方法名(参数列表);
1.4 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}
1.4 继承构造器
子类不能继承父类的构造器（构造方法或者构造函数），但是父类的构造器带有参数的，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。
如果父类有无参构造器，则在子类的构造器中用super调用父类构造器不是必须的，如果没有使用super关键字，系统会自动调用父类的无参构造器。
class SuperClass {
private int n;
SuperClass(){
System.out.println("SuperClass()");
}
SuperClass(int n) {
System.out.println("SuperClass(int n)");
this.n = n;
}
}
class SubClass extends SuperClass{
private int n;
SubClass(){
super(300);
System.out.println("SubClass");
}
public SubClass(int n){
System.out.println("SubClass(int n):"+n);
this.n = n;
}
}
public class TestSuperSub{
public static void main (String args[]){
SubClass sc = new SubClass();
SubClass sc2 = new SubClass(200);
}
}
输出结果：
SuperClass(int n)
SubClass
SuperClass()
SubClass(int n):200
2. 覆盖/重写Override与重载Overload
2.1 覆盖/重写Override
2.1.1 覆盖/重写的实现
重写是子类对父类的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。
重写方法不能抛出新的检查异常或者比被重写方法申明更加宽泛的异常。例如： 父类的一个方法申明了一个检查异常 IOException，但是在重写这个方法的时候不能抛出 Exception 异常，因为 Exception 是 IOException 的父类，只能抛出 IOException 的子类异常。
在面向对象原则里，重写意味着可以重写任何现有方法。实例如下：
class Animal{
public void move(){
System.out.println("动物可以移动");
}
}
class Dog extends Animal{
public void move(){
System.out.println("狗可以跑和走");
}
}
public class TestDog{
public static void main(String args[]){
Animal a = new Animal(); // Animal 对象
Animal b = new Dog(); // Dog 对象
a.move();// 执行 Animal 类的方法
b.move();//执行 Dog 类的方法
}
}
以上实例编译运行结果如下：
动物可以移动
狗可以跑和走
思考以下例子：
class Animal{
public void move(){
System.out.println("动物可以移动");
}
}
class Dog extends Animal{
public void move(){
System.out.println("狗可以跑和走");
}
public void bark(){
System.out.println("狗可以吠叫");
}
}
public class TestDog{
public static void main(String args[]){
Animal a = new Animal(); // Animal 对象
Animal b = new Dog(); // Dog 对象
a.move();// 执行 Animal 类的方法
b.move();//执行 Dog 类的方法
b.bark();
}
}
该程序将抛出一个编译错误，因为b的引用类型Animal没有bark方法。
2.1.2 方法的重写规则
- 参数列表必须完全与被重写方法的相同；
- 返回类型必须完全与被重写方法的返回类型相同；
- 访问权限不能比父类中被重写的方法的访问权限更低。例如：如果父类的一个方法被声明为public，那么在子类中重写该方法就不能声明为protected。
- 父类的成员方法只能被它的子类重写。
- 声明为final的方法不能被重写。
- 声明为static的方法不能被重写，但是能够被再次声明。如果父类中的方法为静态的，而子类中的方法不是静态的，但是两个方法除了这一点外其他都满足覆盖条件，那么会发生编译错误。反之亦然。即使父类和子类中的方法都是静态的，并且满足覆盖条件，但是仍然不会发生覆盖，因为静态方法是在编译的时候把静态方法和类的引用类型进行匹配。
- 子类和父类在同一个包中，那么子类可以重写父类所有方法，除了声明为private和final的方法。
- 子类和父类不在同一个包中，那么子类只能够重写父类的声明为public和protected的非final方法。
- 重写的方法能够抛出任何非强制异常，无论被重写的方法是否抛出异常。但是，重写的方法不能抛出新的强制性异常，或者比被重写方法声明的更广泛的强制性异常，反之则可以。
- 构造方法不能被重写。
- 如果不能继承一个方法，则不能重写这个方法。
2.1.3 Super关键字的使用
当需要在子类中调用父类的被重写方法时，要使用super关键字。
class Animal{
public void move(){
System.out.println("动物可以移动");
}
}
class Dog extends Animal{
public void move(){
super.move(); // 应用super类的方法
System.out.println("狗可以跑和走");
}
}
public class TestDog{
public static void main(String args[]){
Animal b = new Dog(); // Dog 对象
b.move(); //执行 Dog类的方法
}
}
2.2 重载(Overload)
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。
重载规则：
- 被重载的方法必须改变参数列表(参数个数或类型或顺序不一样)；
- 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。
两个问题需要注意：
- 什么叫参数列表？参数列表又叫参数签名，指三样东西：参数的类型，参数的个数，参数的顺序。这三者只要有一个不同就叫做参数列表不同。
- 重载关系只能发生在同一个类中吗？非也。这时候你要深刻理解继承，要知道一个子类所拥有的成员除了自己显式写出来的以外，还有父类遗传下来的。所以子类中的某个方法和父类中继承下来的方法也可以发生重载的关系。 大家在使用的时候要紧扣定义，看方法之间是否是重载关系，不用管方法的修饰符和返回类型以及抛出的异常，只看方法名和参数列表。而且要记住，构造器也可以重载。
实例：
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";
}
public static void main(String[] args){
Overloading o = new Overloading();
System.out.println(o.test());
o.test(1);
System.out.println(o.test(1,"test3"));
System.out.println(o.test("test4",1));
}
}
2.3 覆盖与重载的区别
| 区别点 | 重载方法 | 重写方法 |
| ----- | --------- | ------ |
| 参数列表 | 必须修改 | 一定不能修改 |
| 返回类型 | 可以修改 | 一定不能修改 |
| 异常 | 可以修改 | 可以减少或删除，一定不能抛出新的或者更广的异常 |
| 访问 | 可以修改 | 一定不能做更严格的限制（可以降低限制） |
总结：
方法的重写(Overriding)和重载(Overloading)是java多态性的不同表现，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。
3. 多态
3.1 多态的概念
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 
多态性是对象多种表现形式的体现。
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
Parent p = new Child();
3.2 多态的示例
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。
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 catchMouse
}
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");
}
}
输出结果：
吃鱼
抓老鼠
吃骨头
看家
吃鱼
抓老鼠
3.3 虚方法
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。
/* 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：
/* 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;
}
}
输出结果：
/* 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();
}
}
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。
3.4 多态的实现方式
- 重写
- 接口
- 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。
- java中的接口类似于生活中的接口，就是一些方法特征的集合，但没有方法的实现。具体可以看 java接口 这一章节的内容。
- 抽象类和抽象方法
3.5 多态的总结
对于多态，可以总结以下几点：
- 使用父类类型的引用指向子类的对象；
- 该引用只能调用父类中定义的方法和变量；
- 如果子类中重写了父类中的一个方法，那么在调用这个方法的时候，将会调用子类中的这个方法；（动态连接、动态调用）;
- 变量不能被重写（覆盖），"重写"的概念只针对方法，如果在子类中"重写"了父类中的变量，那么在编译时会报错。
