牛刀小试 – 浅析Java的继承与动态绑定
最后更新于：2022-04-01 20:08:40
**什么是继承？**
继承也是面向对象的重要特性之一。顾名思义，继承就是指从已有的类中派生出新类的动作。新的类能吸收已有类的数据属性和行为，并能扩展新的能力。
而通俗一点的来说，就是指Java中可以通过继承的方式，从现有的类派生出新的类。该现有类被称为超类(父类)，而派生出的新类就被称为子类(派生类)。
首先，子类能够访问继承超类当中的所有非私有的方法和成员变量；其次，还可以在父类原有的成员的基础上添加一些新的方法和域，或者对父类的方法进行覆写(override)。
所有通常也这样讲：父类是子类的一般化表现形式；而子类是父类的特有化表现形式。
Java中使用关键字“extends”用于声明一个类继承自另一个类。
**继承的体现**
首先，假定我们自定义了一个雇员类“Employee”：
~~~
package com.tsr.j2seoverstudy.extends_demo;
public class Employee {
private String name; // 姓名
private int salary; // 收入
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getSalary() {
return salary;
}
public void setSalary(int salary) {
this.salary = salary;
}
}
~~~
一个部门中，雇员通常分为经理和普通雇员。二者之间大部分的行为相似，但可能在收入上略有不同。
假设普通雇员的收入来源为工资，而经理的收入结构则是由工资 + 绩效奖金构的。于是这个时候，原有的雇员类就不足以描述经理了。
于是，使用继承从原有的雇员类中派生出一个新的经理类“Manager”：
~~~
package com.tsr.j2seoverstudy.extends_demo;
public class Manager extends Employee {
// 子类新的特有实例域:绩效奖金
private int bonus;
public int getBonus() {
return bonus;
}
public void setBonus(int bonus) {
this.bonus = bonus;
}
}
~~~
**
**
**继承的特性**
**1、子类会继承超类当中的方法以和实例域**
~~~
package com.tsr.j2seoverstudy.extends_demo;
public class JavaExtendsDemo {
public static void main(String[] args) {
Manager m = new Manager();
m.setName("张经理");
System.out.println(m.getName());
m.setBonus(20000);
System.out.println(m.getBonus());
}
}
~~~
在这里可以看到的是，我们在派生类“Manager”当中并没有定义成员变量“name”，也没有定义其相关的set/get方法。
但是我们仍然可以通过“Manager”类对这些成员进行访问，正是因为继承的机制带来的。
“Manager”继承自“Employee”类，所以“Emoloyee”类当中的所有非私有化的成员都被隐式的继承到了子类“Manager”当中。
**2、方法覆写(override)**
前面我们已经说过了，经理的收入结构为：工资 + 奖金。所以“Employee”类当中获取雇员收入的方法“getSalary”就不适用于描述经理的收入了。
对于“Manager”类中，“getSalary”方法返回的值应当是：salary + bonus。这时候就涉及到继承中一个重要的知识点：方法覆写(override)
覆写是指：除方法体以外，方法的所有声明都当与父类中相同，而方法的访问修饰符只能比父类更加宽松。
一定要牢记覆写的规则，才不会再使用时出错。下面通过一道网上看见的华为的面试题，来更形象的理解一下覆写的概念：
~~~
package com.tsr.j2seoverstudy.extends_demo;
/*
* QUESTION NO: 3
*1. class A {
*2. protected int method1(int a, int b) { return 0; }
*3. }
*
* Which two are valid in a class that extends class A? (Choose two)
* A. public int method1(int a, int b) { return 0; }
* B. private int method1(int a, int b) { return 0; }
* C. private int method1(int a, long b) { return 0; }
* D. public short method1(int a, int b) { return 0; }
* E. static protected int method1(int a, int b) { return 0; }
*/
public class Test {
}
class A {
protected int method1(int a, int b) {
return 0;
}
}
class B extends A {
// 合法，通过提高访问权限(protected → public)的方式覆写父类方法。
public int method1(int a, int b) {
return 0;
}
// 不合法，注意覆写的规则：方法的访问修饰符只能比父类更加宽松。
private int method1(int a, int b) {
return 0;
}
// 合法，但并不是方法覆写。而仅仅是在类B中，针对继承的方法method1进行了重载;
private int method1(int a, long b) {
return 0;
}
// 不合法，首先方法返回类型不能作为方法重载的标示。那么就只能是覆写的情况，但覆写要求：除方法体外，方法所有声明都与父类中相同。
public short method1(int a, int b) {
return 0;
}
// 不合法，同样还是因为方法声明与父类不同。
static protected int method1(int a, int b) {
return 0;
}
}
~~~
**
**
**3、引用父类关键字“super”**
我们在第2点特性中说到，对于“Manager”类中，“getSalary”方法返回的值应当是：salary + bonus。也就是说“Manager”类中，“getSalary”的实现应当为：
~~~
public int getSalary(){
return bonus + salary;
}
~~~
但实际上，这样做肯定是行不通的，因为salary在父类中被声明为私有的。所以在子类中是无法直接进行访问的。
所以，我们只能通过父类中，针对于该成员变量提供的访问方法“getSalary”获取它的值。所以可能正确的实现应该是：
~~~
@Override
public int getSalary() {
return getSalary() + bonus;
}
~~~
但因为我们本身已经根据新的需求对该方法进行了覆写，所有这样做也是行不通的。
这是因为通过方法的覆写，“Employee”类当中已经有了自己特有的“getSalary”方法，所以上面的做法实际上是在让“getSalary”不断的调用自身，直到程序崩溃。
想要调用到父类当中的成员，就可以使用Java的关键字之一：super。
super是Java提供的一个用于只是编译器调用超类成员的特殊关键字。所以修改后的“getSalary”方法应当为：
~~~
@Override
public int getSalary() {
return super.getSalary() + bonus;
}
~~~
**4、多态以及动态绑定**
**多态**是指：同一事物根据上下文环境不同使用不同定义的能力。例如我们熟悉的重载、覆写都是多态的一种体现。多态是面向对象的又一重要特性。
而多态在Java里继承中的体现形式，主要分别为：
- 对象的多态：例如我们定义了一个超类动物类"Animal"，其中老虎类"Tiger"和鱼类"Fish"都继承自"Animal"。这就是一种类的对象的多态体现。因为一个动物(Animal)构造出的对象既可以是一头老虎"Tiger"，也可以是一条鱼“Fish”。
- 方法的多态：假设动物类“Animal”提供了一个动物呼吸的方法“Breath”。但因为老虎和鱼的呼吸方式是不同的，老虎用肺呼吸，而鱼通过腮呼吸。所以我们需要分别在对应的子类中覆写“Breath”方法。这也方法的多态的一种体现形式。
**动态绑定**是指：程序在运行期(而不是编译时期)根据对象的具体类型进行绑定，所以又被称为运行时绑定。动态绑定的执行过程大概为：
1、首先，编译器首先查看并获取到对象的声明类型和方法名；
然后在其声明类型对应的相应类及其超类的方法表进行查找；
最终搜索出所有方法声明为“pulbic”的对应方法名的方法，得到所有可能被执行的候选方法。
注：方法表也就是指，当一个类第一次运行，被类装载器(classloader)进行装载工作时，其自身及其超类的所有方法信息都会被加载到内存中的方法区内。
2、编译器将查看调用方法时传入的参数的类型。
如果在执行第一步工作中所获得的所有候选方法中，存在一个与提供的参数类型完全符合，则会决定绑定调用该方法。
这个过程被称为重载解析。也就可以明白：用重载表现的多态，其动态绑定的解析工作就是这样完成的。
另外，由于Java允许类型转换，所以这一步过程可能会很复杂。
如果没有找到与参数类型匹配的方法，或者经过类型转换过后有多个匹配的方法，则会报告编译错误。
注：方法名+参数列表 = 方法签名。所以前面我们谈到的方法的覆写规则也可以理解为：方法签名必须与父类相同，访问修饰符只能更宽松。
但值得注意的是，方法返回类型不是方法签名的一部分。在JDK1.5之前，要求覆写时，返回类型必须相同。
而在这之后的版本中，覆写允许将父类返回类型的子类作为返回类型，这被称为**协变返回类型**。
3、与之对应的：如果是被声明为private、static、final的方法或构造器，编译器将可以直接的准确知道应当调用的方法。这种方式又被称为静态绑定。
4、如果采用的是动态绑定的方式。当程序运行时，一定会选择：对象引用所指向的实际对象所属类型中，最合适的方法。
这也是为什么在继承中，子类覆写超类中的方法后。如果使用超类的类型进行声明，而实际引用子类的对象的对象引用调用方法，会准确的调用到子类中覆写后的方法的原因。
~~~
package com.tsr.j2seoverstudy.extends_demo;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Animal [] animals = new Animal[3];
animals[0] = new Animal();
animals[1] = new Tiger();
animals[2] = new Fish();
for (Animal animal : animals) {
animal.breath();
}
}
}
class Animal{
void breath(){
System.out.println("动物呼吸");
}
}
class Tiger extends Animal{
@Override
void breath() {
System.out.println("老虎用肺呼吸");
}
}
class Fish extends Animal{
@Override
void breath() {
System.out.println("鱼用腮呼吸");
}
}
/*
运行结果为：
动物呼吸
老虎用肺呼吸
鱼用腮呼吸
*/
~~~
**5、继承结构：单继承和多重继承**
Java中不支持多继承。其继承结构分为：单继承和多重继承。
顾名思义，单继承也就是指：一个类只能继承自一个超类。
而多重继承则是指：C类继承自B类，而B类继承自A类这样的继承层次结构。
多重继承的应用是很常见的。还是以动物为例，老虎继承自动物。而老虎可能又分为东北虎之类的很多品种，那么新定义的东北虎类就应该继承老虎类。
这就是多重继承的一种常见体现形式。
6、继承体系中子类的构造过程
~~~
package com.tsr.j2seoverstudy.extends_demo;
public class JavaExtendsDemo {
public static void main(String[] args) {
Son s = new Son();
}
}
class Far{
Far(){
System.out.println("父类构造初始化..");
}
}
class Son extends Far{
Son() {
//这里有一个隐式的构造语句:super()，调用父类的构造初始化工作..
System.out.println("子类构造初始化..");
}
}
/*
运行结果为:
父类构造初始化..
子类构造初始化..
*/
~~~
也就是说，子类的构造过程是依赖于父类的，当开始子类的构造工作之前，会先完成其所属超类的对象构造工作。
这是理所应当的，因为我们已经知道子类的很多属性与方法是依赖于父类的，如果在此之前不先完成父类的构造工作，对于子类的使用就很容易引起错误。
**
**
**什么时候使用继承？**
要了解什么使用继承，首先我们应当知道使用继承可以带来的好处是什么：
- 通过继承构成体系，能让程序的条理性更加清晰。
- 若出现特殊需求，子类可以较方便的改动父类的实现。
- 最大的好处在于方便实现代码的复用，减少了编码工作。
所以，最长在什么时候使用继承呢？
1、声名远扬的“IS-A”关系
例如上面说到的“经理是一个雇员”，“老虎是一种动物”都是归属于这种关系。
2、想要通过继承实现多态
以一段代码更好理解，假如我们的程序提供了一个接口用于获取动物的奔跑速度：
~~~
int getSpeed(Animal animal){
return animal.getRunSpeed();
}
~~~
通过继承，通过这样简单的代码。只要传入的参数对象的类型位于该Animal的继承体系当中，就可以通过动态绑定的机制正确获取到其奔跑速度。
这实际上也是”策略设计模式“的一种体现方式。而如果假设不使用继承的话，就需要提供对应数量的方法来分别获取不同动物的奔跑速度。
但与此同时，继承也有一定的弊端：
- 类继承是在编译时刻静态定义的，所以无法在运行时改变继承类的实现。
- 通过继承的复用方式被称为“白箱复用"，因为父类的实现细节对子类可见。
- 父类通常都至少定义了子类的部分行为，所以父类的改变都有可能影响到子类的使用。
所以，正如这个世界上任何事物都有两面性一样，对于继承的使用还是应该结合实际情况作出最适合的决定。
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