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深入理解Java面向对象三大特性封装、继承、多态

程序员文章站 2024-03-12 08:33:38
...

1、封装

封装的定义:

  • 首先是抽象,把事物抽象成一个类,其次才是封装,将事物拥有的属性和动作隐藏起来,只保留特定的方法与外界联系;

为什么需要封装:

  • 封装符合面向对象设计原则的第一条:单一性原则,一个类把自己该做的事情封装起来,而不是暴露给其他类去处理,当内部的逻辑发生变化时,外部调用不用因此而修改,他们只调用开放的接口,而不用去关心内部的实现;

举例:

public class Human
{
    private int age;
    private String name;

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge( int age ) throws Exception {
        //封装age的检验逻辑,而不是暴露给每个调用者去处理
        if( age > 120 ) {
            throw new Exception( "Invalid value of age" );
        }
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName( String name ) {
        this.name = name;
    }
}

2、继承

分为三类:

  • :使用class定义,没有抽象方法;

  • 抽象类:使用abstract class定义,可以有也可以没有抽象方法;

  • 接口:使用interface定义,只能有抽象方法;

三类之间的关系:

  • :可以extends类、抽象类(必须实现所有抽象方法),但只能extends一个,可以implements多个接口(必须实现所有接口方法);

  • 抽象类:可以extends类,抽象类(可全部、部分、或者完全不实现父类抽象方法),可以implements多个接口(可全部、部分、或者完全不实现接口方法);

  • 接口:可以extends多个接口;

关系举例:

  • 接口(老板):只给提供一个方法,但是他自己不做;

  • 抽象类(经理):会提供方法,有的他自己做,有的其他人做;

  • 类(员工):什么都要做,都要实现。

继承以后子类可以得到什么:

  • 子类拥有父类非private的属性和方法;

  • 子类可以添加自己的方法和属性,即对父类进行扩展;

  • 子类可以重新定义父类的方法,即多态里面的覆盖,后面会详述;

关于构造函数:

  • 构造函数不能被继承,子类可以通过super()显示调用父类的构造函数

  • 创建子类时,编译器会自动调用父类的 无参构造函数

  • 如果父类没有定义无参构造函数,子类必须在构造函数的第一行代码使用super()显示调用

类默认拥有无参构造函数,如果定义了其他有参构造函数,则无参函数失效,所以父类没有定义无参构造函数,不是指父类没有写无参构造函数。看下面的例子,父类为Human,子类为Programmer。

public class Human{
    //定义了有参构造函数,默认无参构造函数失效
    public Human(String name) {
    }
}
public class Programmer extends Human {
    public Programmer() {
        //如不显示调用,编译器会出现如下错误
        //Implicit super constructor Human() is undefined. Must explicitly invoke another constructor
        super( "x" );
    }
}

为什么需要继承:

  • 代码重用是一点,最重要的还是所谓想上转型,即父类的引用变量可以指向子类对象,这是Java面向对象最重要特性多态的基础;

3. 多态

在了解多态之前,首先需要知道方法的唯一性标识即什么是相同/不同的方法:

  • 一个方法可以由:修饰符如public、static+返回值+方法名+参数+throw的异常 5部分构成;
  • 其中只有方法名和参数是唯一性标识,意即只要方法名和参数相同那他们就是相同的方法;
  • 所谓参数相同,是指参数的个数,类型,顺序一致,其中任何一项不同都是不同的方法;

何谓重载:

  • 重载是指一个类里面(包括父类的方法)存在方法名相同,但是参数不一样的方法,参数不一样可以是不同的参数个数、类型或顺序;
  • 如果仅仅是修饰符、返回值、throw的异常 不同,那这是2个相同的方法,编译都通不过,更不要说重载了;
//重载的例子
public class Father {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        Father s = new Father();
        s.sayHello();
        s.sayHello("wintershii");
    }

    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello");
    }

    public void sayHello(String name) {
        System.out.println("Hello" + " " + name);
    }

总结重载:

  • 1、重载Overload是一个类中多态性的一种表现;
  • 2、重载要求同名方法的参数列表不同(参数类型,参数个数甚至是参数顺序);
  • 3、重载的时候,返回值类型可以相同也可以不相同。无法以返回型别作为重载函数的区分标准;

何谓覆盖/重写:

  • 覆盖描述存在继承关系时子类的一种行为;
  • 子类中存在和父类相同的方法即为覆盖,何谓相同方法请牢记前面的描述,方法名和参数相同,包括参数个数、类型、顺序;
public class Father {
public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        Son s = new Son();
        s.sayHello();
    }

    public void sayHello() {
        System.out.println("Hello");
    }
}

class Son extends Father{
    @Override
    public void sayHello() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("hello by ");
    }
}

覆盖/重写的规则:

  • 子类不能覆盖父类private的方法,private对子类不可见,如果子类定义了一个和父类private方法相同的方法,实为新增方法;
  • 重写方法的修饰符一定要大于被重写方法的修饰符(public > protected > default > private);
  • 重写抛出的异常需与父类相同或是父类异常的子类,或者重写方法干脆不写throws;
  • 重写方法的返回值必须与被重写方法一致,否则编译报错;
  • 静态方法不能被重写为非静态方法,否则编译出错;

理解了上述知识点,是时候定义多态了:

  • 多态可以说是“一个接口,多种实现”或者说是父类的引用变量可以指向子类的实例,被引用对象的类型决定调用谁的方法,但这个方法必须在父类中定义;
  • 多态可以分为两种类型:编译时多态(方法的重载)和运行时多态(继承时方法的重写),编译时多态很好理解,后述内容针对运行时多态;
  • 运行时多态依赖于继承、重写和向上转型;
class Human
{
    public void showName()
    {
        System.out.println( "I am Human" );
    }
}

//继承关系
class Doctor
    extends Human
{
    //方法重写
    public void showName()
    {
        System.out.println( "I am Doctor" );
    }
}

class Programmer
    extends Human
{
    public void showName()
    {
        System.out.println( "I am Programmer" );
    }
}

public class Test
{
    //向上转型
    public Human humanFactory( String humanType )
    {
        if( "doctor".equals( humanType ) )
        {
            return new Doctor();
        }
        if( "programmer".equals( humanType ) )
        {
            return new Programmer();
        }
        return new Human();
    }

    public static void main( String args[] )
    {
        Test test = new Test();
        Human human = test.humanFactory( "doctor" );
        human.showName();//Output:I am Doctor
        human = test.humanFactory( "programmer" );
        human.showName();//Output:I am Programmer
        //一个接口的方法,表现出不同的形态,意即为多态也
    }
}

向上转型的缺憾:

  • 只能调用父类中定义的属性和方法,对于子类中的方法和属性它就望尘莫及了,必须强转成子类类型;

总结概括:

  • 当超类对象引用变量引用子类对象时,被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法,但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的,也就是说被子类覆盖的方法,但是它仍然要根据继承链中方法调用的优先级来确认方法,该优先级为:this.show(O)、super.show(O)、this.show((super)O)、super.show((super)O);

稍微复杂的例子:

class Human {

    public void fun1() {
        System.out.println("Human fun1");
        fun2();
    }

    public void fun2() {
        System.out.println("Human fun2");
    }
}

class Programmer extends Human {

    public void fun1(String name) {
        System.out.println("Programmer's fun1");
    }

    public void fun2() {
        System.out.println("Programmer's fun2");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Human human = new Programmer();
        human.fun1();
    }
}
  • Programmer中的fun1(String name) 和Human中的fun1(),只是方法名相同但参数不一样,所以是重载关系;
  • Programmer中的fun2()和Human中的fun2()是相同的方法,即Programmer重写了Human的fun2()方法;
  • 把Programmer的对象向上转型赋值个Human后,human.fun1()会调用父类中的fun1()方法,子类的fun1(String name)是不同的方法;
  • 在human的fun1()中又调用了fun2()方法,该方法在Programmer中被重写,实际调用的是被引用变量Programmer中的fun2()方法;
package test;

class A {
    public void func() {
        System.out.println("func in A");
    }
}

class B extends A {
    public void func() {
        System.out.println("func in B");
    }
}

class C extends B {
    public void func() {
        System.out.println("func in B");
    }
}

public class Bar {
    public void test(A a) {
        a.func();
        System.out.println("test A in Bar");
    }

    public void test(C c) {
        c.func();
        System.out.println("test C in Bar");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Bar bar = new Bar();
        A a = new A();
        B b = new B();
        C c = new C();
        bar.test(a);
        bar.test(b);
        bar.test(c);
    }
}
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