类的封装、继承与多态

怼烎@ 2023-02-22 13:39 8阅读 0赞

原文链接：[类的封装，继承与多态][Link 1]

# 类的封装、继承与多态 #

类的封装相当于一个黑匣子，放在黑匣子中的东西你什么也看不到。

继承是类的一个重要属性，可以从一个简单的类继承出相对复杂高级的类，这样可使程序编写的工作量大大减轻。

多态则可动态地对对象进行调用，使对象之间变得相对独立。接下来我们来讨论：封装、继承和多态。

## 封装 ##

### 封装定义 ###

什么是封装性？读者可以先看下面的程序，看看会产生什么问题。

class Person{ 
        public String name;
        public int age;
        
        public void talk(){ 
            System.out.println("我是" + name + ",今年" + age + "岁");
        }
    }
    
    public class TestPersonDemo{ 
    	public static void main(String[] args){ 
           Person p = new Person();
            p.name = "张三";
            p.age = -25;
            p.talk();
        }
    }

打印结果：我是张三，今年-25岁。

从打印结果可以发现者显然不合法。所以为了避免程序中这种错误的发生，我们可以使用类的封装来解决。接下来我们先看看封装的定义：

> 在面向对象程式设计方法中，**封装**（英语：Encapsulation）是指一种将抽象性函式接口的实现细节部分**包装、隐藏**起来的方法。封装可以被认为是一个**保护屏障**，防止该类的代码和数据被外部类定义的代码随机访问。要访问该类的代码和数据，必须通过严格的接口控制。**封装**最主要的功能在于我们能修改自己的实现代码，而不用修改那些调用我们代码的程序片段。适当的封装可以让程式码更容易理解与维护，也加强了程式码的安全性。

以上代码我们可以类封装这样进行修改：

public class Person{ 
        private String name;
        private int age;
        
        public void setName(String name){ 
            this.name = name;
        }
        
        public String getName(){ 
            return this.name;
        }
        
        public void setAge(int age){ 
            if(age < 0){ 
                age = 0;
            }
            this.age = age;
        }
        
        public int getAge(){ 
            return this.age;
        }
        
        public void talk(){ 
            System.out.println("我是" + name + ",今年" + age + "岁");
        }
    }
    
    public class TestPersonDemo{ 
    	public static void main(String[] args){ 
           Person p = new Person();
            p.setName("张三");
            p.setAge(-25);
            p.talk();
        }
    }

### 封装的优点 ###

*  1.  良好的封装能够减少耦合。
 *  1.  类内部的结构可以自由修改。
 *  1.  可以对成员变量进行更精确的控制。
 *  1.  隐藏信息，实现细节。

## 继承 ##

### 继承的概念 ###

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。

实现继承的格式如下：

class 子类名 extends 父类

> 在Java中，通过继承可以简化类的定义，扩展类的功能。在Java中支持类的单继承和多层继承，但是不支持多继承，即一个类只能继承一个类而不能继承多个类。
> 
> Java继承只能直接继承父类中的公有属性和公有方法，而隐含地(不可见地)继承了私有属性。

比如现在有一个父亲，父亲鼻子高高的，头发比较少，并且会编程，父亲有一个儿子，儿子继承了父亲的外观特征，并且成为了一个律师，使用代码实现如下：

class Grandpa{ 
        String nose;
        int hair;
        
        public void walk(){ 
            System.out.println("行走");
        }
    }
    
    class Father extends Grandpa{ 
        // 编程能力
        private void programmed(){ 
        }
    }
    
    class Son extends Father{ 
        public void law(){ 
            
        }
    }

### 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越紧密，代码独立性越差）。

### 子类对象的实例化过程 ###

以下代码Father类实例创建，构造方法怎么进行执行？

public class Main { 
    	public static void main(String[] args) throws Exception { 
    		Father son = new Father();
    	}
    }
    
    class Grandpa{ 
        public Grandpa(){ 
            System.out.println("Grandpa实例化");
        }
    }
    
    class Father extends Grandpa{ 
        public Father(){ 
            System.out.println("Father实例化");
        }
    }

> 子类是不继承父类的构造器（构造方法或者构造函数）的，它只是调用（隐式或显式）。如果父类的构造器带有参数，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。
> 
> 如果父类构造器没有参数，则在子类的构造器中不需要使用 **super** 关键字调用父类构造器，系统会自动调用父类的无参构造器。

### super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。

class Grandpa{ 
        public Grandpa(String name){ 
            System.out.println("Grandpa实例化");
        }
    }
    
    class Father extends Grandpa{ 
        public Father(){ 
            super("李四");
            System.out.println("Father实例化");
        }
    }

### 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}

**注**:实例变量也可以被定义为 final，被定义为 final 的变量不能被修改。被声明为 final 类的方法自动地声明为 final，但是实例变量并不是 final

## 多态 ##

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，比如父亲会说话并且说的是中文，儿子因为受过高等教育，因此会说很多国家的语言：

class Father extends Grandpa{ 
        public void talk(){ 
            System.out.println("说中文");
        }
    }
    
    class Son extends Father{ 
        public void talk(){ 
            System.out.println("说很多国家语言");
        }
    }

### 多态的实现必须具备以下几个条件： ###

*  继承
 *  重写(重载或覆写)
 *  父类引用指向子类对象

#### 重写 ####

“重写”的概念与“覆写”或“重载”相似，它们均是Java“多态”的技术之一。所谓“重写”，即是方法名称相同，但却可在不同的场合做不同的事。当一个子类继承一个父类，而子类中的方法与父类中的方法的名称、参数个数、类型等都完全一致时，就称子类中的这个方法覆写了父类中的方法。同理，如果子类中重复定义了父类中已有的属性，则称此子类中的属性覆写了父类中的属性。

class Father extends Grandpa{ 
        public void talk(){ 
            System.out.println("说中文");
        }
    }
    
    class Son extends Father{ 
        // 重新了父类的方法
        public void talk(){ 
            System.out.println("说很多国家语言");
        }
    }

> **虚函数**
> 
> 虚函数的存在是为了多态。
> 
> Java 中其实没有虚函数的概念，它的普通函数就相当于 C++ 的虚函数，动态绑定是Java的默认行为。如果 Java 中不希望某个函数具有虚函数特性，可以加上 final 关键字变成非虚函数。

#### 父类引用指向子类对象 ####

public class Test{ 
        public static void main(String[] args){ 
            Father f = new Son();
    	    f.talk();
        }
    }

程序结果：说很多国家语言

从程序的输出结果中可以看到，f是父类的对象，但调用talk()方法的时候并没有调用其本身的talk()方法，而是调用了子类中被覆写了的talk()方法。之所以会产生这样的结果，最根本的原因就是因为父类对象并非由其本身的类实例化，而是通过子类实例化，这就是所谓的对象的多态性，即子类实例化对象可以转换为父类实例化对象。

### 类的多态实例 ###

在这里要着重讲解两个概念向上转型与向下转型，这两个概念的理解非常重要，稍有疏忽就可能引起意想不到的Bug。

1.  向上转型  
    在上面的范例Test.Java中，父类对象通过子类对象去实例化，实际上就是对象的向上转型。向上转型是不需要进行强制类型转换的，但是向上转型会丢失精度。
2.  向下转型  
    与向上转型对应的一个概念就是“向下转型”，所谓向下转型，也就是说父类的对象可以转换为子类对象，但是需要注意的是，这时则必须要进行强制的类型转换。

接下来举个例子来和大家说明：

> 一天，有个小孩在马路上看见了一辆跑车，他指着跑车说那是汽车。相信读者都会认为这句话没有错，跑车的确是符合汽车的标准，所以把跑车说成汽车并没有错误，只是不准确而已。不管是小轿车也好，货车也好，其实都是汽车，这在现实生活中是说得通的。在这里读者可以将这些小轿车、货车都想象成汽车的子类，它们都是扩展了汽车的功能，都具备了汽车的功能，所以它们都可以叫做汽车，那么这种概念就称为向上转型。而相反，假如说把所有的汽车都当成跑车，那结果肯定是不正确的，因为汽车有很多种，必须明确地指明是哪辆跑车才可以，需要加一些限制，这个时候就必须明确地指明是哪辆车，所以需要进行强制的说明。

上面的解释可以概括成下面的两句话。

*  向上转型可以自动完成。
 *  向下转型必须进行强制类型转换。

**并非全部的父类对象都可以强制转换为子类对象，请看下面的范例**

public class Test{ 
        public static void main(String[] args){ 
            Father f = new Father();
    	    Son s = (Son)f;
        }
    }

此时程序将会报异常：

![image-20200703200242730][]

父类用其本身类实例化自己的对象，但它并不知道谁是自己的子类，因此在转换的时候会出现错误。

深入探讨可以加笔者QQ：1120855315  
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