子类与继承

基本概念

• 继承：面向对象编程的重要特性，允许一个类（子类）继承另一个类（父类）的属性和方法。
• 子类 (Subclass/Derived class)：通过 extends 关键字继承父类的类。
• 父类 (Superclass/Base class)：被子类继承的类。

子类的定义

• 使用 extends 关键字：

  public class 子类名 extends 父类名 {
      // 子类特有的属性和方法
  }

• Java 中单继承：一个子类只能有一个直接父类，但可以通过链式继承形成继承层次。
• 所有类默认继承自 Object类（如果未显式指定父类）。

继承的特性

• 子类继承父类的所有非私有成员（属性、方法），但受访问控制修饰符影响。
• 不能继承的成员：
  • private 修饰的属性和方法（但可以通过 getter/setter 间接访问）。
  • 构造方法（不能继承，但子类可以调用父类构造方法）。
  • 静态方法（不属于实例，但可以通过子类名调用）。
• 子类可以添加新的属性和方法，也可以重写（Override） 父类的方法。

方法重写 (Override)

• 子类重新定义父类中已有的方法，实现不同的行为。
• 重写规则：
  • 方法名、参数列表必须相同。
  • 返回类型需相同或为父类返回类型的子类型（协变返回类型）。
  • 访问权限不能更严格（例如，父类 protected，子类不能改为 private）。
  • 不能抛出更宽泛的异常（可以抛出更具体的异常或不抛出）。
• 使用 @Override 注解显式标明重写，帮助编译器检查错误。

示例：

class Animal {
    public void sound() {
        System.out.println("Animal makes sound");
    }
}
 
class Cat extends Animal {
    @Override
    public void sound() {
        System.out.println("Meow");
    }
}

super 关键字

• super：引用父类的对象。
• 常见用途：
  • 访问父类的属性：super.属性名
  • 调用父类的方法：super.方法名()
  • 调用父类的构造方法：super(参数列表)（必须在子类构造方法的第一行）
• 如果子类构造方法中未显式调用父类构造方法，编译器会自动插入 super() 调用父类的无参构造方法。如果父类没有无参构造方法，子类构造方法必须显式调用父类的有参构造方法。
• 拓展：不使用super调用父类方法，方法链：创建无名对象直接调用new 类名.方法名

构造方法在继承中的行为

• 子类构造方法会隐式或显式调用父类构造方法。
• 执行顺序：
  1. 调用父类构造方法（初始化父类部分）。
  2. 初始化子类的实例变量。
  3. 执行子类构造方法中的代码。

抽象类与抽象方法

抽象类用于提炼父类模板，抽象方法把不确定行为留给子类实现。详细见：抽象类。

接口与实现

• 接口（interface）是一种更抽象的“继承”形式（通过 implements 实现）。
• 一个类可以实现多个接口（弥补 Java 单继承的限制）。
• 接口中的方法默认是 public abstract，属性默认是 public static final。 详细见：接口与实现。

多态 (Polymorphism)

• 向上转型：子类对象赋值给父类引用（例如 Animal a = new Cat();）。
• 通过父类引用调用方法时，实际执行的是子类重写的方法（动态绑定）。
• 编译时类型决定可调用的成员，运行时类型决定实际行为。

详细见：多态。

最佳实践

• 优先使用组合而非继承：组合（HAS-A）比继承（IS-A）更灵活，降低耦合。
• 继承用于 “is-a” 关系，如 Dog is an Animal。
• 避免过度继承层级过深，建议不超过 3-4 层。
• 如果父类方法不确定子类是否需要重写，可考虑使用 abstract 方法或设为默认空实现。

instanceof运算符

用来检查对象是否是特定类或其父类的实例。语法为 对象 instanceof 类名，返回布尔值。在继承中常用于多态场景的类型判断，例如：

Animal animal = new Cat();  
if (animal instanceof Cat) {  
    System.out.println("这是一只猫");  
}  

注意：若对象为null，instanceof会直接返回false。

final关键字

final 可以限制类被继承、方法被重写、变量被重新赋值。详细见：final关键字。

上转型变量

• 上转型变量：子类对象赋值给父类引用。
• 使用 System.out.println(上转型变量) 时，实际调用的是对象的 toString() 方法，体现动态绑定（多态）。
• 具体输出取决于对象实际类型所属类是否重写了 toString()：
  • 若已重写：输出子类自定义的字符串。
  • 若未重写：默认输出 类名@哈希码（继承自 Object类）。
• 本质：编译时引用类型决定可调用的方法，运行时对象类型决定实际执行的方法。
• 可访问部分
• 唯有父类变量、方法以及子类重写的方法

abstract类和abstract()方法

抽象类的理解：抽象出重要的行为标准，减少在细节上浪费的时间，从而设计出易维护、易拓展的程序。详细见：抽象类。

开-闭原则

定义：软件实体（类、模块、函数等）应该对扩展开放，对修改关闭。 核心思想**：通过抽象和继承实现功能扩展，而不用修改原有代码。 典型实现方式：

• 使用抽象类/接口定义稳定部分
• 通过子类/实现类进行扩展

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