第8章　类的继承与多态特性

（视频讲解：1小时24分钟）

继承、多态和封装是Java面向对象的3大特征，它们是面向对象程序开发的重要环节，如果在程序中使用得当，能将整个程序的架构变得非常有弹性，同时可以减少代码的冗余性，继承机制的使用可以重复用一些定义完好的类，减少重复代码的编写。多态机制可以动态调整对象的调用，降低对象之间的依存关系。同时为了优化继承与多态，一些类除了继承父类还使用接口的形式，Java中的类可以同时实现多个接口，接口被用来建立类与类之间关联的标准。正因为使用了这些机制使Java语言更具有生命力。

学习摘要：

　类的继承

　方法的重写与Super关键字

　修饰符

　封装的使用

　Object类

　抽象类与接口

8.1　类的继承

视频讲解

继承在面向对象开发思想中是一个非常重要的概念，通过继承可以使用以前定义的类的成员方法和成员变量，经过简单的程序编码就可以构建功能强大的新类。节约了很多编程时间，同时减少了出错的机会，也可以提高软件的可维护性、可扩展性。本堂课节将详细讲解类的继承。

继承可以理解为现实世界中的“是一种（is-a）”关系，例如轿车是一种汽车，而汽车又是一种交通工具，如图8.1所示。

图8.1　is-a关系

我们应用“is-a”关系可以通过已知事物去认识未知事物，从而提高认知新事物的效率。Java程序设计语言同样可以通过继承机制，在现有类的基础上去定义一个新的类，并在原有类的基础上添加新的方法或修改原有方法，从而提高编程效率、减少错误概率。

实现继承是通过extends关键字在声明类的时候指定其父类，其声明格式如下。

语法：[修饰符] class类名extends父类名

参数：修饰符是可选参数，它是权限修饰符，用于限定类的访问级别，extends父类名用于指定继承的父类，其中父类又可以叫作超类，它可以是任何可继承的类。例如：

对于这段代码，我们应该理解为SaloonCar类继承了Car类，所以Car是SaloonCar类的直接父类（或直接超类），而SaloonCar是Car类的直接子类。

【例8.1】　在项目中先分别创建Car类和SaloonCar类，在Car类中编写汽车类的部分变量与方法。SaloonCar类使用extends关键字继承Car类，不用编写类体代码，即是一个空类；然后编写Program类，在该类的主方法中创建SaloonCar类的实例对象，注意不是Car类而是空的SaloonCar类；最后设置该实例对象的属性，并执行相应的方法，看空的SaloonCar类是否继承并拥有父类的成员。（实例位置：资源包\源码\08\8.01）

（1）编写Car类，它将作为SaloonCar类的父类，即被继承的一方。

（2）使用Eclipse“新建Java类”向导，创建子类。在这个向导中指定包、类名的同时，还可以指定继承的超类（即父类）和实现的接口。如图8.2所示。而继承超类正是子类SaloonCar要实现的，所以使用向导可以直接为我们生成继承的代码。

图8.2　新建类向导窗口部分截图

向导生成的SaloonCar类代码如下，本例不做任何修改，因为我们要证明空的子类是否能继承父类的成员变量与成员方法。

package com.mrsoft;

public class SaloonCar extends Car {

}

建议读者使用代码输入方式把该步骤做几次练习。巩固继承的编写格式。

（3）编写程序的Program类，它是本实例的主类，在该类的主方法中，先创建SaloonCar类的实例对象，注意这里创建的不是父类Car的实例对象；然后设置该对象的属性，并执行相应的方法，而这些都是父类中定义的；最后运行程序，查看子类是否继承了这些成员变量与成员方法。

实例的运行效果如图8.3所示。

图8.3　实例运行效果

从实例的运行结果，可以看出，SaloonCar类虽然没有在类体中定义任何成员变量与成员方法，但是它还是从父类继承了它应该拥有的成员。

8.2　方法的重写与Super关键字

视频讲解

继承某个父类而生成新的子类，不但拥有父类的变量与方法，我们还可以为子类添加新的成员变量和成员方法，增强父类的功能，即所谓的扩展。甚至还可以在子类中为父类的某个方法定义多个重载方法，增加该类的灵活性。但是有时候，父类的方法并不能完全适应于子类，或者子类需要有不同的行为。例如，父类的drive()方法是输出开车的描述信息，而子类有可能要添加更多的功能，或者要丰富drive()方法，在开车的时候要检测油箱的油量是否充足，如果油箱是空的，那么是无法开车的。

这种情况下，子类可以重写父类的某个方法，或者说是覆盖父类的某个方法。只要在子类中定义与父类相同的方法即可。但是要注意方法的声明一定要和父类的方法声明一样，或者把父类某方法的声明代码直接复制过来，去掉方法体，重新编写业务代码。

例如在子类SaloonCar中重写父类的drive()方法。

另外，还可以使用super关键字引用父类的方法，然后再添加新的业务代码。例如：

上面段代码重写了父类的drive()方法，但是在oil变量大于0的时候，又需要执行父类的drive()方法，所以使用了super关键字去访问父类的drive()方法，这样，子类就不必关心父类的drive()方法是如何实现的，这段代码等价于如下。

【例8.2】　修改实例8.01，在空的SaloonCar类中重写父类的drive()方法。然后再次运行程序。（实例位置：资源包\源码\08\8.02）

（1）在Java编辑器中，把光标定位在类体中，右击，选择“源码”→“覆盖/实现方法”命令，如图8.4所示。

图8.4　编辑器中的弹出菜单

（2）将弹出的“覆盖/实现方法”对话框中列出了父类的方法，选择我们要重写的父类方法，然后选择一个插入点，并选中“生成方法注释”复选框，如图8.5所示。单击“确定”按钮。

图8.5　覆盖/实现方法选项卡

（3）重写父类的drive()方法，并在SaloonCar类中添加成员变量oil，它在drive()方法中用于判断油量多少。

还可以在子类的构造方法中，使用super关键字执行父类的构造方法，其语法格式如下。

语法：super（[构造参数列表]）

参数：构造参数列表是可选参数，根据调用构造方法的形参声明来填充。例如：

Car类没有定义默认的构造方法，编译器会自动为它创建一个隐藏的无参数的默认构造方法，这段代码在子类的构造方法中重写了这个构造方法。

8.3　修饰符

视频讲解

Java中定义了private、public、protected和默认的权限修饰符，这些修饰符控制着对类和类的成员变量以及成员方法的访问规则。另外，还可以辅助static和final关键字定义特殊规则。本堂课将介绍这4种权限修饰符和它们的访问权限。

表8.1中描述了修饰符的访问权限。

表8.1　Java语言中的修饰符

8.3.1　public修饰符

public是公有类型的权限修饰符，即使用public修饰的类、成员变量和成员方法，其他类都可以访问，包括任意包中的任意类、以及子类。

例如，之前章节的所有实例都使用到了main()主方法，该方法的权限修饰符就使用了public，其声明代码如下。

public static void main（String[] args）

该方法必须声明为public权限，因为这个方法必须能够被虚拟机访问以执行程序。

之前的实例中所有成员变量和成员方法都是使用public修饰符定义的，这里不再以新的实例做介绍。

8.3.2　private修饰符

private是私有权限修饰符，只有本类，即定义private私有成员的类，能够访问，对于其他方式的访问，它都会拒绝“不要碰我”。

如果一个类的成员变量或成员方法被修饰为private，该成员变量只能在本类中被使用，在子类中不可见，并且对其他包的类也不可见。

【例8.3】　定义一个Superclass类，在该类中定义private修饰的私有方法print()。然后创建子类与其他类进行访问，并把鼠标停留在有错误的代码位置，查看Eclipse的Java编译器提示的错误信息。（实例位置：资源包\源码\08\8.03）

（1）首先创建Superclass类。

（2）再创建SubClass子类，在该类中访问超类的print()方法，Eclipse的Java编辑器提示错误，如图8.6所示。

图8.6　子类访问超类private成员

（3）再创建OtherClass类，在该类中创建Superclass类的实例对象，并访问该对象的print()方法，Eclipse的Java编辑器提示错误，如图8.7所示。

图8.7　其他类访问类中private成员

8.3.3　protected修饰符

protected是保护级别的权限修饰符，它保护成员不会被其他包或非子类访问。即protected修饰的成员只能被子类（可以不是直接子类，即间接继承的子类也可以）和同一个包中定义的其他类访问。

【例8.4】　定义一个Superclass类，在该类中定义protected修饰的方法print()。然后创建子类与其他类进行访问，并把鼠标光标停留在有错误的代码位置，查看Eclipse的Java编译器提示的错误信息，或者查看正确的运行结果。（实例位置：资源包\源码\08\8.04）

（1）首先创建Superclass类。

（2）再创建SubClass子类，它继承Superclass类，在该类中访问超类的print()方法。

实例的运行效果如图8.8所示。

图8.8　实例运行效果

（3）再创建OtherClass类，在该类中创建Superclass类的实例对象，并访问该对象的print()方法。

实例的运行效果如图8.9所示。

图8.9　实例运行效果

（4）在其他包中创建一个OtherPackageClass类，在该类中创建Superclass类的实例对象，并访问该对象的print()方法，Eclipse的Java编辑器提示错误，如图8.10所示。

图8.10　其他包的类访问Superclass类成员的错误信息

8.3.4　默认权限修饰符

当不添加任何权限修饰符时，编译器会使用默认的修饰符，该修饰符的权限级别与protected类似，不同之处在于，在其他包定义的子类无法访问父类默认权限修饰的成员。

【例8.5】　定义一个Superclass类，在该类中定义没有修饰符的print()方法。然后在其他包中创建该类的子类，在子类中访问父类的print()方法，并把鼠标停留在有错误的代码位置，查看Eclipse的Java编译器提示的错误信息，或者查看运行结果。（实例位置：资源包\源码\08\8.05）

（1）首先创建Superclass类。注意包的位置是com.mrsoft。

（2）再创建SubClass子类，它继承Superclass类，并且定义在与父类不同的包中。在该类中访问超类的print()方法。Eclipse的Java编辑器提示错误，如图8.11所示。

图8.11　不同包的子类不能访问父类默认权限修饰的成员

8.4　封装

视频讲解

Java是面向对象的编程语言，而继承、多态与封装是面向对象的3大特性，本节将介绍的封装是指把对象的属性隐藏在对象的内部，不允许外部直接访问和修改，例如之前的实例就直接使用“whiteCar.color = "红色";”之类的代码直接修改color属性的值，我们应该避免这种情况，而使用该类定义的其他方法来实现内部属性的访问与修改。Java规范中的设置器与访问器就是实现封装的标准方法，它们用于获取和设置对象的属性值。

8.4.1　把属性隐藏

要实现封装，第一步就是设置类的成员变量（即对象的属性）使用private修饰符，使其他类无法直接访问该成员变量，以防止外部直接访问和修改。例如：

8.4.2　定义设置器

把成员变量设置为private私有权限之后，其他类就不能访问，必须通过本类定义的设置器方法来设置和修改该成员变量的值，设置器方法的命名一般以set作为前缀，属性名做后缀，setColor()方法从名称上就能够理解，它用于设置color属性值。例如：

public是方法的权限修饰符，对于设置器来说，它需要暴露给其他类，使其可以访问，所以使用public修饰符。参数列表定义了String类型的color参数，在方法体中为区别参数color与成员变量color，使用了this关键字引用成员变量，并赋值为color参数的值，也可以使用与成员变量不同名称的参数，上述代码为了演示重名情况而使用了this关键字。

以后设置对象的color属性就可以使用setColor()方法完成。例如：

8.4.3　定义访问器

访问器和设置器一样，因为成员变量被设置为private私有权限，相对于其他类就隐藏了这个成员变量，所以要使用访问器方法读取对象的属性值，访问器以get或is作为方法名称的前缀，以属性名作为后缀。例如color属性的访问器方法代码如下。

对于boolean类型的属性，应该使用is前缀定义访问器方法，例如running属性访问器方法的代码如下。

8.4.4　使用Eclipse完成封装

Eclipse拥有最强的代码辅助功能，使用向导可以自动为选择的成员变量添加设置器与访问器（或者说get/set方法），具体步骤如下。

【例8.6】　定义Car类，在该类中定义字符串color和布尔类型的running两个成员变量，并设置它们的访问器与设置器方法。（实例位置：资源包\源码\08\8.06）

（1）在该类的编辑器中，右击，选择“源码”→“生成Getter和Setter”命令，或者先按Alt+Shift+S快捷键不释放，再按R键。将弹出“生成Getter和Setter”对话框，该对话框就是生成访问器与设置器的向导。在对话框中首先需要选择要创建的访问器与设置器，也可以单击右侧的“全部选中”按钮选择生成所有成员变量的访问器与设置器方法；然后需要选择生成方法的插入点和修饰符；最后选择是否添加方法注释，如图8.12所示。

如果没有特殊要求，使用默认值生成访问器与设置器便可，笔者只单击“全部选中”按钮和“确定”按钮就完成了访问器与设置器代码的生成。生成的程序代码如下所示，我们可以完善程序注释，或修改代码。

图8.12　访问器与设置器生成向导

可以不修改英文注释，但是本书为方便初学者，对生成的代码添加中文注释，最终修改完成的程序代码如下。

（2）编写实例的主类，演示访问器与设置器的使用。

实例运行结果如图8.13所示。

图8.13　实例运行效果

8.5　Object类

视频讲解

在Java中，所有的类都直接或间接继承了java.lang.Object类。Object类是比较特殊的类，它是所有类的父类，即Java语言中任何一个类都是Object类的子类。当创建一个类时，如果没有使用extends关键字继承指定的类，那么编译器总是默认直接继承Object类，如果指定继承其他类，那么也会间接继承Object类。

例如String、Integer等类都是继承Object类，除此之外自定义的类也都继承Object类，由于所有类都是Object子类，所以在定义类时，省略了extends Object关键字，图8.14中描述了这一原则。

图8.14　定义类时可以省略extends Object关键字

在Object类中主要包括clone()、finalize()、euqals()、toString()等方法。其中常用的两个方法为equals()和toString()方法。由于所有的类都是Object类的子类，所以任何类都可以重写Object类中的方法。

8.5.1　equals方法

equals方法是在Object类中定义的，用于判断两个对象是否相同的方法，大部分子类都重写了该方法，用于比较指定类型的对象，例如String、Integer等都重写了该方法。如果Object的子类没有重写equals()方法，该方法将默认使用“==”运算符判断两个对象。

在Object类中equals()方法的原始定义代码如下。

【例8.7】　创建自定义的类TempClass，用于测试，再创建TestEquals类，在该方法中创建String类的两个实例对象s1和s2，再创建TempClass类的两个实例对象v1和v2，分别输出s1与s2、v1与v2的equals()方法调用结果。（实例位置：资源包\源码\08\8.07）

（1）创建TempClass类，它是一个空类，以默认方式继承Object，而且没有重写equals方法。

package com.mrsoft;
public class TempClass {
}

（2）创建TestEquals类，该类拥有主方法。

在Eclipse中运行本实例，运行结果如图8.15所示。

图8.15　使用equals()方法比较两个对象

从本实例结果可以看出，在自定义的类中使用equals()方法进行比较时，将返回false，因为equals()方法的默认实现是使用“==”运算符比较两个对象的引用地址，而不是比较对象的内容，所以要想真正做到比较两个对象的内容，需要在自定义类中重写equals()方法。

8.5.2　toString（）方法

Object类中toString()方法的功能将一个对象转换为字符串形式，当一个对象参与字符串的“+”连接符操作时，也会调用该方法把对象转换成字符串，然后再和另一个字符串操作数连接。toString()方法会返回一个String实例，在实际的应用中通常重写toString()方法，为对象提供一个特定的输出模式。当这个类转换为字符串或与字符串连接时，将自动调用重写的toString()方法。

【例8.8】　在项目中创建ObjectInstance类，在类中重写Object类的toString()方法，并在主方法中输出该类的实例对象。（实例位置：资源包\源码\08\8.08）

在Eclipse中运行本实例，运行结果如图8.16所示。

图8.16　在类中重写toString()方法

在本实例中重写父类Object类的toString()方法，定义一段输出字符串，当用户打印ObjectInstance类对象时，将自动调用toString()方法。

8.6　实战

视频讲解

8.6.1　抽象类实现几何面积计算

对于每个几何图形而言，都有一些共同的属性，例如名字、面积等，而其计算面积的方法却各不相同。为了简化开发，可以定义一个超类来实现输出名字的方法，并使用抽象方法来计算面积，运行效果如图8.17所示。（实例位置：资源包\源码\08\实战\01）

图8.17　实例运行效果

8.6.2　通过接口实现多态

本实例将通过接口来完成多态数组的应用。实例中创建了DrawTest接口，并创建该接口的两个实现类Parallelogram平行四边形类与Square正方形类。然后在主方法中分别调用这两个类的draw()方法，运行结果如图8.18所示。（实例位置：资源包\源码\08\实战\02）

图8.18　多态与接口结合

8.6.3　简单的汽车销售商场

当顾客在商场购物时，卖家需要根据顾客的需求提取商品。对于汽车销售商场也是如此。用户需要先指定购买的车型，然后商家去提取该车型的汽车。本实例将实现一个简单的汽车销售商场，用来演示多态的用法，运行效果如图8.19所示。（实例位置：资源包\源码\08\实战\03）

图8.19　实例运行效果

8.6.4　重新定义对象的等式判断

由于生命的复杂性，寻找两只完全相同的宠物是不可能的。在Java语言中，却简单很多。可以通过比较感兴趣的属性来判断两个对象是否相同。本实例将创建3个宠物猫对象，通过比较它们的名字、年龄、重量和颜色属性来看它们是否相同，运行效果如图8.20所示。（实例位置：资源包\源码\08\实战\04）

图8.20　实例运行效果

8.6.5　重新计算对象的哈希码

Java中创建的对象是保存在堆中的，为了提高查找的速度而使用了散列查找。散列查找的基本思想是定义一个键来映射对象所在的内存地址。当需要查找对象时，直接查找键即可。这样就不用遍历整个堆来查找对象。本实例将重新定义不同对象的散列值（即哈希码），运行效果如图8.21所示。（实例位置：资源包\源码\08实战\05）

图8.21　实例运行效果