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Java继承(extends)简明教程

继承是面向对象的三大特征之一。继承和现实生活中的“继承”的相似之处是保留一些父辈的特性,从而减少代码冗余,提高程序运行效率。

Java 中的继承就是在已经存在类的基础上进行扩展,从而产生新的类。已经存在的类称为父类、基类或超类,而新产生的类称为子类或派生类。在子类中,不仅包含父类的属性和方法,还可以增加新的属性和方法。

Java 中子类继承父类的语法格式如下:
修饰符 class class_name extends extend_class {
    // 类的主体
}
其中,class_name 表示子类(派生类)的名称;extend_class 表示父类(基类)的名称;extends 关键字直接跟在子类名之后,其后面是该类要继承的父类名称。例如:
public class Student extends Person{}
Java 的继承通过 extends 关键字来实现,extends 的英文意思是扩展,而不是继承。extends 很好的体现了子类和父类的关系,即子类是对父类的扩展,子类是一种特殊的父类。从这个角度看,使用继承来描述子类和父类的关系是错误的,用扩展更恰当。

那么为什么国内把 extends 翻译为“继承”呢?子类扩展父类之后就可以获得父类的属性和方法,这与汉语中的继承(子类从父类获得一笔财富称为继承)具有相似性。

Java 与 C++ 定义继承类的方式十分相似。Java 用关键字 extends 代替了 C++ 中的冒号(:)。在 Java 中,所有的继承都是公有继承, 而没有 C++ 中的私有继承和保护继承。

类的继承不改变类成员的访问权限,也就是说,如果父类的成员是公有的、被保护的或默认的,它的子类仍具有相应的这些特性,并且子类不能获得父类的构造方法。

例 1

教师和学生都属于人,他们具有共同的属性:姓名、年龄、性别和身份证号,而学生还具有学号和所学专业两个属性,教师还具有教龄和所教专业两个属性。下面编写 Java 程序代码,使教师(Teacher)类和学生(Student)类都继承于人(People)类,具体的实现步骤如下。

1)创建人类 People,并定义 name、age、sex、sn 属性,代码如下:
public class People {
    public String name; // 姓名
    public int age; // 年龄
    public String sex; // 性别
    public String sn; // 身份证号

    public People(String name, int age, String sex, String sn) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.sex = sex;
        this.sn = sn;
    }

    public String toString() {
        return "姓名:" + name + "\n年龄:" + age + "\n性别:" + sex + "\n身份证号:" + sn;
    }
}
如上述代码,在 People 类中包含 4 个公有属性、一个构造方法和一个 toString() 方法。

2)创建 People 类的子类 Student 类,并定义 stuNo 和 department 属性,代码如下:
public class Student extends People {
    private String stuNo; // 学号
    private String department; // 所学专业

    public Student(String name, int age, String sex, String sn, String stuno, String department) {
        super(name, age, sex, sn); // 调用父类中的构造方法
        this.stuNo = stuno;
        this.department = department;
    }

    public String toString() {
        return "姓名:" + name + "\n年龄:" + age + "\n性别:" + sex + "\n身份证号:" + sn + "\n学号:" + stuNo + "\n所学专业:" + department;
    }
}
由于 Student 类继承自 People 类,因此,在 Student 类中同样具有 People 类的属性和方法,这里重写了父类中的 toString() 方法。

注意:如果在父类中存在有参的构造方法而并没有重载无参的构造方法,那么在子类中必须含有有参的构造方法,因为如果在子类中不含有构造方法,默认会调用父类中无参的构造方法,而在父类中并没有无参的构造方法,因此会出错。

3)创建 People 类的另一个子类 Teacher,并定义 tYear 和 tDept 属性,代码如下:
public class Teacher extends People {
    private int tYear; // 教龄
    private String tDept; // 所教专业

    public Teacher(String name, int age, String sex, String sn, int tYear, String tDept) {
        super(name, age, sex, sn); // 调用父类中的构造方法
        this.tYear = tYear;
        this.tDept = tDept;
    }

    public String toString() {
        return "姓名:" + name + "\n年龄:" + age + "\n性别:" + sex + "\n身份证号:" + sn + "\n教龄:" + tYear + "\n所教专业:" + tDept;
    }
}
Teacher 类与 Student 类相似,同样重写了父类中的 toString() 方法。

4)编写测试类 PeopleTest,在该类中创建 People 类的不同对象,分别调用它们的 toString() 方法,输出不同的信息。具体的代码如下:
public class PeopleTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建Student类对象
        People stuPeople = new Student("王丽丽", 23, "女", "410521198902145589", "00001", "计算机应用与技术");
        System.out.println("----------------学生信息---------------------");
        System.out.println(stuPeople);

        // 创建Teacher类对象
        People teaPeople = new Teacher("张文", 30, "男", "410521198203128847", 5, "计算机应用与技术");
        System.out.println("----------------教师信息----------------------");
        System.out.println(teaPeople);
    }
} 
运行程序,输出的结果如下:
----------------学生信息---------------------
姓名:王丽丽
年龄:23
性别:女
身份证号:410521198902145589
学号:00001
所学专业:计算机应用与技术
----------------教师信息----------------------
姓名:张文
年龄:30
性别:男
身份证号:410521198203128847
教龄:5
所教专业:计算机应用与技术

单继承

Java 语言摒弃了 C++ 中难以理解的多继承特征,即 Java 不支持多继承,只允许一个类直接继承另一个类,即子类只能有一个直接父类,extends 关键字后面只能有一个类名。例如,如下代码会导致编译错误:
class Student extends Person,Person1,Person2{…}
class Student extends Person,extends Person1,extends Person2{…}

很多地方在介绍 Java 的单继承时,可能会说 Java 类只能有一个父类,严格来讲,这种说法是错误的,应该是一个类只能有一个直接父类,但是它可以有多个间接的父类。例如,Student 类继承 Person 类,Person 类继承 Person1 类,Person1 类继承 Person2 类,那么 Person1 和 Person2 类是 Student 类的间接父类。图 1 展示了单继承的关系。


图 1  图形类之间的关系

从图 1 中可以看出,三角形、四边形和五边形的直接父类是多边形类,它们的间接父类是图形类。图形类、多边形类和三角形、四边形、五边形类形成了一个继承的分支。在这个分支上,位于下层的子类会继承上层所有直接或间接父类的属性和方法。如果两个类不在同一个继承树分支上,就不会存在继承关系,例如多边形类和直线。

如果定义一个 Java 类时并未显式指定这个类的直接父类,则这个类默认继承 java.lang.Object 类。因此,java.lang.Object 类是所有类的父类,要么是其直接父类,要么是其间接父类。因此所有的 Java 对象都可调用 java.lang.Object 类所定义的实例方法。

使用继承的注意点:
  1. 子类一般比父类包含更多的属性和方法。
  2. 父类中的 private 成员在子类中是不可见的,因此在子类中不能直接使用它们。
  3. 父类和其子类间必须存在“是一个”即“is-a”的关系,否则不能用继承。但也并不是所有符合“is-a”关系的都应该用继承。例如,正方形是一个矩形,但不能让正方形类来继承矩形类,因为正方形不能从矩形扩展得到任何东西。正确的继承关系是正方形类继承图形类。
  4. 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)。

继承的优缺点

在面向对象语言中,继承是必不可少的、非常优秀的语言机制,它有如下优点:
  1. 实现代码共享,减少创建类的工作量,使子类可以拥有父类的方法和属性。
  2. 提高代码维护性和可重用性。
  3. 提高代码的可扩展性,更好的实现父类的方法。

自然界的所有事物都是优点和缺点并存的,继承的缺点如下:
  1. 继承是侵入性的。只要继承,就必须拥有父类的属性和方法。
  2. 降低代码灵活性。子类拥有父类的属性和方法后多了些约束。
  3. 增强代码耦合性(开发项目的原则为高内聚低耦合)。当父类的常量、变量和方法被修改时,需要考虑子类的修改,有可能会导致大段的代码需要重构。

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