《Java程序設(shè)計(jì)教程》06 繼承、多態(tài)與接口

第6章繼承、多態(tài)與接口本章學(xué)習(xí)目標(biāo)：理解繼承與多態(tài)的概念和實(shí)現(xiàn)機(jī)制利用繼承與多態(tài)設(shè)計(jì)復(fù)雜的類掌握抽象類和接口的實(shí)現(xiàn)6.1繼承和多態(tài)當(dāng)一個(gè)類擁有另一個(gè)類的數(shù)據(jù)和操作時(shí)，就稱這兩個(gè)類之間具有繼承關(guān)系，被繼承的類稱為父類或超類，繼承的類稱為子類。例子車自行車電車汽車6.1.1子類、父類與繼承機(jī)制一個(gè)父類可以同時(shí)擁有多個(gè)子類，該父類實(shí)際上是所有子類的公共成員變量和公共方法的集合，而子類是父類的特殊化，可對(duì)公共成員變量和方法在功能、內(nèi)涵方面加以擴(kuò)展和延伸。面向?qū)ο蟮睦^承特性中，還有一個(gè)關(guān)于單繼承和多繼承的概念。單繼承是指任何類都只有一個(gè)父類。多繼承是指一個(gè)類可以有一個(gè)以上的父類，它靜態(tài)數(shù)據(jù)和操作從所有這些父類中繼承的。Java只支持單重繼承，但支持接口(interface)，一個(gè)類可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口。利用接口可以得到多繼承的優(yōu)點(diǎn)，又沒有多繼承混亂、復(fù)雜的問題。6.2.2Java的繼承：創(chuàng)建子類Java中的繼承是通過(guò)extends關(guān)鍵字來(lái)實(shí)現(xiàn)的。格式為:

class子類名extends父類名稱{

……

}在定義子類時(shí)，用extends關(guān)鍵字指明新定義子類的父類，這樣，兩個(gè)類之間就建立了繼承關(guān)系。新定義的類稱為子類或派生類。如果子類和父類在同一個(gè)包中，它可以從父類那里繼承所有非private的成員變量和方法作為自己的成員。如果子類和父類不在同一個(gè)包中，它可以從父類那里繼承protected、public的的成員變量和方法作為自己的成員。【例6-2】應(yīng)用繼承性的實(shí)例。classStudent{ //自定義“學(xué)生”類

intstu_id; //定義屬性：學(xué)生學(xué)號(hào)

voidset_id(intid){ //定義方法：設(shè)置學(xué)號(hào)

stu_id=id; } voidshow_id(){ //定義方法：顯示學(xué)號(hào)

System.out.println("thestudentIDis:"+stu_id); }}classUniversityStudentextendsStudent{

//定義子類

intdep_number; //定義子類特有的屬性變量

voidset_dep(intdep_num){ //定義子類特有的方法

dep_number=dep_num; } voidshow_dep(){ System.out.println("thedep_numberis:"+dep_number); } publicstaticvoidmain(Stringargs[]){ UniversityStudentLee=newUniversityStudent(); Lee.set_id(2007070130);//繼承父類學(xué)生的屬性

Lee.set_dep(701);

//使用本類的屬性

Lee.show_id(); //繼承父類學(xué)生的方法

Lee.show_dep();

//使用本類的方法

}}

成員變量的隱藏和方法的覆蓋1.成員變量的繼承子類可以繼承父類的所有非私有成員變量。2.成員變量的隱藏子類重新定義一個(gè)從父類那里繼承來(lái)的成員變量，變量完全相同，稱為成員變量的隱藏。3.方法的覆蓋方法的覆蓋是指子類重定義從父類繼承來(lái)的一個(gè)同名方法，此時(shí)子類將清除父類方法的影響。注意:子類在重新定義父類已有的方法時(shí)，應(yīng)保持與父類完全相同的方法頭聲明，即應(yīng)與父類有完全相同的方法名、相同的參數(shù)表和相同的返回類型。【例6-4】成員變量的隱藏和方法的覆蓋示例。

classSuperClass{ intx;

……

voidsetX(){

x=0；

}

……

}

classSubClassextendsSuperClass{

intx；//成員變量的隱藏

……

voidsetX(){//方法的覆蓋

x=5；

}

……

}

方法的覆蓋與成員變量的隱藏的區(qū)別為：子類隱藏父類的成員變量只是使之不可見，父類的同名成員變量在子類對(duì)象中仍然占有自己獨(dú)立的內(nèi)存空間；而子類方法對(duì)父類同名方法的覆蓋將清除父類方法占用的內(nèi)存，從而使父類方法在子類對(duì)象中不存在。方法的覆蓋與成員變量的隱藏的意義：將父類行為和狀態(tài)改為自身的行為和狀態(tài)，對(duì)外仍保持統(tǒng)一的接口和名字，不失繼承性。super子類可以對(duì)父類的同名成員變量和方法，分別實(shí)行隱藏和覆蓋。但是，有時(shí)需要在子類中訪問父類的變量和方法，Java提供的super就可以實(shí)現(xiàn)這訪問。它的使用有以下三種情形：訪問被隱藏的父類成員變量，如：

super.VariableName調(diào)用父類中被覆蓋的方法，如：

super.MethodName調(diào)用父類中的構(gòu)造方法，如：

super([paramList])6.1.3多態(tài)性多態(tài)性是由封裝性和繼承性引出的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的另一大特征：在面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)中，各個(gè)方法（函數(shù)）是不能重名的，否則就會(huì)編譯通不過(guò)。而在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中，有時(shí)卻需要利用這樣的“重名”現(xiàn)象來(lái)提高程序的靈活度和簡(jiǎn)潔性。多態(tài)性是指同名的不同方法在程序中共存。即為同一個(gè)方法定義幾個(gè)版本，運(yùn)行時(shí)根據(jù)不同情況執(zhí)行不同的版本。調(diào)用者只需使用同一個(gè)方法名，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)不同情況，調(diào)用相應(yīng)的不同方法，從而實(shí)現(xiàn)不同的功能。在Java語(yǔ)言中，多態(tài)性的實(shí)現(xiàn)有兩種方式：1、覆蓋（override）實(shí)現(xiàn)多態(tài)性2、重載（overload）實(shí)現(xiàn)多態(tài)性1、覆蓋實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)多態(tài)性覆蓋實(shí)現(xiàn)多態(tài)性通過(guò)子類對(duì)繼承父類方法的重定義來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用時(shí)注意：在子類重定義父類方法時(shí)，要求與父類原型（參數(shù)個(gè)數(shù)、類型、順序）完全相同。重寫方法的調(diào)用規(guī)則對(duì)于重寫的方法，Java運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)根據(jù)調(diào)用該方法的實(shí)例的類型來(lái)決定選擇哪個(gè)方法調(diào)用。對(duì)于類的一個(gè)實(shí)例，如果子類重寫了父類的方法，則運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)調(diào)用子類的方法。如果子類繼承了父類的方法(未重)，則運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)調(diào)用父類的方法。因此，一個(gè)對(duì)象可以通過(guò)引用子類的實(shí)例來(lái)調(diào)用于類的方法。【例6-5】重寫方法的調(diào)用規(guī)則示例。classA{

voidcallme(){

System.out.println("InsideA'scallme()method")；

}}

classBextendsA{

voidcallme(){

System.out.println("InsideB'scallme()method");

}}

publicclassDispatch{

publicstaticvoidmain(Stringargs[]){

Aa=newB();a.callme()；

}}運(yùn)行結(jié)果為：

InsideB'scallme()method

向上轉(zhuǎn)型

格式：父類名稱對(duì)象名=new子類名稱();

含義：右側(cè)創(chuàng)建一個(gè)子類對(duì)象，把它當(dāng)作父類來(lái)使用。注意：向上轉(zhuǎn)型一定是安全的。缺點(diǎn)：一旦向上轉(zhuǎn)型，子類中原本特有的方法就不能再被調(diào)用了。方法重寫的兩個(gè)原則：改寫后的方法不能比被重寫的方法有更嚴(yán)格的訪問權(quán)限。改寫后的方法不能比被重寫的方法產(chǎn)生更多的例外。2、重載實(shí)現(xiàn)靜態(tài)多態(tài)性重載實(shí)現(xiàn)多態(tài)性是通過(guò)定義類中的多個(gè)同名的不同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。編譯時(shí)則根據(jù)參數(shù)（個(gè)數(shù)、類型、順序）的不同來(lái)區(qū)分不同的方法。通過(guò)重載可定義多種同類的操作方法，調(diào)用時(shí)根據(jù)不同需要選擇不同的操作。與方法的覆蓋不同，重載不是子類對(duì)父類同名方法的重新定義，而是類對(duì)自身已有的同名方法的重新定義。由于重載發(fā)生在一個(gè)類里，不能用類名來(lái)區(qū)分不同的方法，所以采用不同的形式參數(shù)列表，包括形式參數(shù)的個(gè)數(shù)、類型、順序的不同，來(lái)區(qū)分重載的方法。importjava.awt.Point;classMyRect{intx1=0; inty1=0;intx2=0; inty2=0;MyRectbuildRect(intx1,inty1,intx2,inty2){//參數(shù)列表是四個(gè)坐標(biāo)值this.x1=x1; this.y1=y1;this.x2=x2; this.y2=y2;returnthis;}MyRectbuildRect(PointtopLeft,PointbottomRight){//參數(shù)列表是兩個(gè)Point類型的對(duì)象實(shí)例x1=topLeft.x; y1=topLeft.y;x2=bottomRight.x; y2=bottomRight.y;returnthis;}MyRectbuildRect(PointtopLeft,intw,inth){//參數(shù)列表是一個(gè)Point類型實(shí)例對(duì)象和寬w、高h(yuǎn)x1=topLeft.x; y1=topLeft.y;x2=(x1+w); y2=(y1+h);returnthis;}voidprintRect(){System.out.println("MyRect:<"+x1+","+y1);System.out.println(","+x2+","+y2+">");}}【例6-7】重載實(shí)現(xiàn)多態(tài)性舉例。該類中定義了矩形，用四個(gè)實(shí)例變量來(lái)定義這個(gè)矩形的左上角和右下角的坐標(biāo)，x1、y1、x2、y2。另外定義了三個(gè)同名的不同buildRect()方法為這些實(shí)例變量設(shè)置值。publicclasscase6_7{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){MyRectrect=newMyRect();rect.buildRect(25,25,50,50);rect.printRect();System.out.println("******");rect.buildRect(newPoint(10,10),newPoint(20,20));rect.printRect();System.out.println("******");rect.buildRect(newPoint(10,10),50,50);rect.printRect();System.out.println("******");}}6.2抽象類與接口6.2.1抽象類抽象類：用abstract關(guān)鍵字來(lái)修飾的類。聲明為abstract的類不能被實(shí)例化，它只提供一個(gè)類的抽象定義。要想實(shí)例化，該類只能作為父類，由子類來(lái)繼承，并在子類中實(shí)現(xiàn)抽象類中的所有抽象方法，讓子類成為具體的、有意義的類。抽象方法用abstract修飾，abstract類必須被繼承，abstract方法必須被重寫。

抽象方法：用abstract來(lái)修飾一個(gè)方法時(shí)，該方法叫做抽象方法。抽象方法必須被重寫抽象方法只有聲明，不能有實(shí)現(xiàn)定義了抽象方法的類必須是抽象類【例6-9】抽象類舉例。abstractclassA{

abstractvoidcallme();

voidmetoo(){

System.out.println("InsideA'smetoo()method");

}

}

classBextendsA{

voidcallme(){

System.out.println("InsideB'scallme()method");

}

}

publicclassAbstract{

publicstaticvoidmain(Stringargs[]){

Ac=newB();

c.callme();

c.metoo();

}

}6.2.2接口接口（interface）就是方法定義和常量值的集合。從本質(zhì)上講，接口是一種特殊的抽象類，這種抽象類中只包含常量和方法的定義，而沒有方法的實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)接口可以實(shí)現(xiàn)不相關(guān)類的相同行為，而不需要考慮這些類之間的層次關(guān)系。

通過(guò)接口可以指明多個(gè)類需要實(shí)現(xiàn)的方法。

通過(guò)接口可以了解對(duì)象的交互界面，而不需了解對(duì)象所對(duì)應(yīng)的類。接口是用來(lái)實(shí)現(xiàn)類間多重繼承功能的結(jié)構(gòu)在Java中，出于簡(jiǎn)化程序結(jié)構(gòu)的考慮，不支持類間的多重繼承而只支持單重繼承，即一個(gè)類至多只能有一個(gè)直接父類。接口的實(shí)現(xiàn)功能比多重繼承更強(qiáng)接口把方法的定義和類的層次區(qū)分開來(lái)，通過(guò)它可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地定位所調(diào)用的方法；同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)“多重繼承”，且一個(gè)類可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口。正是這些機(jī)制使得接口提供了比多重繼承更簡(jiǎn)單，更靈活，而且更強(qiáng)健的功能。1.接口的定義[public]interface接口名[extends接口列表] { …… //常量定義和方法定義

}public指明任意類均可以使用這個(gè)接口。在缺省情況下，只有與該接口定義在同一個(gè)包中的類才可以訪問這個(gè)接口。extends子句與類聲明中的extends子句基本相同，不同的是一個(gè)接口可以有多個(gè)父接口，用逗號(hào)隔開，而一個(gè)類只能有一個(gè)父類。子接口繼承父接口中所有常量和方法。接口體中包括常量定義和方法定義，其格式如下：

typeconstantName=Value; returnTypemethodName([paramList]);

在接口中定義的常量可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)該接口的多個(gè)類共享，與C語(yǔ)言中的const定義常量是相似的。在接口中定義的常量具有public、final、static的屬性。接口中只進(jìn)行方法的聲明，而不提供方法的實(shí)現(xiàn)，所以，方法定義沒有方法體，且用分號(hào)(;)結(jié)尾。在接口中聲明的方法具有public和abstract屬性。另外，如果在子接口中定義了和父接口同名的常量或相同的方法，則父接口中的常量被隱藏，方法被覆蓋。例：

interfaceCollection { intMAX_NUM=100; voidadd(ObjectobjAdd); voiddelete(ObjectobjDelet); Objectfind(ObjectobjFind); intcurrentCount(); }接口定義中聲明了一個(gè)常量和四個(gè)方法。這個(gè)接口可以由隊(duì)列、堆棧、鏈表等來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.接口的實(shí)現(xiàn)接口的聲明僅僅給出了抽象方法，要具體地實(shí)現(xiàn)接口所規(guī)定的功能，則需某個(gè)類為接口中的抽象方法定義實(shí)在的方法體，這就稱為接口的實(shí)現(xiàn)。在類的聲明中，用implements句子表示一個(gè)類將要實(shí)現(xiàn)某個(gè)接口，在類體中可以引用接口中定義的常量，而且必須實(shí)現(xiàn)接口中定義的所有方法。一個(gè)類可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口，在implements子句中用逗號(hào)分隔。【例6-11】接口的實(shí)現(xiàn)：在類FIFOQueue中實(shí)現(xiàn)上面所定義的接口collection。

classFIFOQueueimplementscollection{

voidadd(Objectobj){

...

}

voiddelete(Objectobj){

...

}

Objectfind(Objectobj){

...

}

intcurrentCount{

...

}

}

注意：在類中實(shí)現(xiàn)接口所定義的方法時(shí)，方法的聲明必須與接口中所定義的完全一致。在類中實(shí)現(xiàn)接口所定義的方法時(shí)，必須顯式地使用public修飾符，否則將被系統(tǒng)警告為縮小了接口中定義的方法的訪問控制范圍。抽象類可以不實(shí)現(xiàn)接口的抽象方法，而非抽象類必須實(shí)現(xiàn)接口中的所有方法。6.3其他6.3.1final關(guān)鍵字final類表示該類是最終類，不能再被繼承。由于安全性的原因或者是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)上的考慮，有時(shí)候希望一些類不能被繼承，例如，Java中的String類，它對(duì)編譯器和解釋器的正常運(yùn)行有很重要的作用，不能輕易改變它，因此把它修飾為final類，使它不能被繼承，這就保證了String類型的唯一性。final修飾方法表示該方法是最終方法，用final修飾的方法不能再被子類重寫。final修飾變量如果一個(gè)變量前面有final修飾符，那么這個(gè)變量就變成了常量。一旦被賦值，就不允許在程序的其他地方修改其值。6.3.2實(shí)例成員和類成員Java類包括兩種類型的成員：實(shí)例成員和類成員。除非static修飾，定義在類中的成員都是實(shí)例成員。【例】實(shí)例成員舉例classAnIntergerNamedX{ intx; //實(shí)例變量 publicintx(){ //實(shí)例方法 returnx; } publicvoidsetX(intnewX){//實(shí)例方法 x=newX; }}聲明了實(shí)例變量之后，當(dāng)每次創(chuàng)建類的一個(gè)新對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)為該對(duì)象的所有成員創(chuàng)建實(shí)例變量的副本，然后就可以通過(guò)對(duì)象訪問這些實(shí)例變量。實(shí)例方法是對(duì)當(dāng)前對(duì)象實(shí)例變量進(jìn)行操作的，而且可以訪問類變量。static在變量或方法之前，表明它們是屬于類的，稱為類方法(靜態(tài)方法)或類變量(靜態(tài)變量)。類成員用static修飾符聲明，格式如下：

statictypeclassVar；

staticreturnTypeclassMethod([paramlist]){

……

}分別聲明了類變量和類方法。類變量類變量用static修飾符聲明。系統(tǒng)只為每個(gè)類分配類變量，而不管類創(chuàng)建的對(duì)象有多少。當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用類的時(shí)候，系統(tǒng)為該類變量分配內(nèi)存，所有的對(duì)象共享了該類的類變量。因此，可以通過(guò)類本身或者某個(gè)對(duì)象來(lái)訪問該類變量?！纠款愖兞颗e例classAnIntergerNamedX{ staticintx; publicintx(){ returnx; } publicvoidsetX(intnewX){ x=newX; }}輸出的兩個(gè)變量結(jié)果相同，這是因?yàn)閤是一個(gè)類變量，因此，就只有該類變量的唯一副本，它被該類的所有對(duì)象所共享，包括myX和anotherX。當(dāng)在任一對(duì)象中調(diào)用setX的時(shí)候，也就改變了該類所有對(duì)象所共享的值。

結(jié)果輸出為：myX.x=2anotherX.x=2類方法為了指定方法為一個(gè)類方法，可以在方法聲明的地方使用static關(guān)鍵字。類方法只能操作類變量而不能直接訪問在類中定義的實(shí)例變量，除非這些類方法創(chuàng)建了一個(gè)新的對(duì)象，并通過(guò)對(duì)象訪問它們。類方法可以在類中被調(diào)用，不必通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)調(diào)用一個(gè)類方法。Java程序的入口方法main()就是一個(gè)類方法?！纠坎徽_的引用classAnIntergerNamedX{ intx; staticpublicintx(){ returnx; } staticpublicvoidsetX(intnewX){ x=newX; }}

當(dāng)編譯這個(gè)類時(shí)，就會(huì)出錯(cuò)。原因是類方法不能訪問實(shí)例變量。

static解決方法：1.將變量變成類變量（使用static修飾符）；

2.創(chuàng)建一個(gè)類的對(duì)象，并且通過(guò)該對(duì)象來(lái)訪問變量。

注意：同一個(gè)類的實(shí)例方法可以訪問該類的類變量和類方法；

而類方法只能訪問該類的類變量和類方法，不能直接訪問實(shí)例的變量和方法。6.3.3類java.lang.Object類java.lang.Object處于Java開發(fā)環(huán)境的類層次樹的根部，其他所有類都是它的直接或間接子類（派生類）。Object類定義了一些所有對(duì)象都具有的最基本的屬性和行為，默認(rèn)方法如下：1.equals()

比較兩個(gè)對(duì)象是否相同，如果相同，則返回true，否則返回false。2.getClass()

返回一個(gè)對(duì)象在運(yùn)行時(shí)所對(duì)應(yīng)的類的表示class*。3.toString()

重寫toString()方法可以適當(dāng)?shù)仫@示對(duì)象的屬性信息等，以便于程序調(diào)試。4.finalize()

該方法用于釋放對(duì)象，但要到垃圾收集時(shí)才進(jìn)行。5.notify()、notifyAll()和wait()

這些方法用于多線程處理中的線程同步。多線程技術(shù)將在后面第8章中介紹。6.3.4內(nèi)部類在《Thinkinginjava》中