Java的抽象、封装、继承、多态

时间:2022-05-26 00:24:54

抽象类

被abstract修饰的类我们称之为抽象类。

在面向对象领域由于抽象的概念在问题领域没有对应的具体概念,所以用以表征抽象概念的抽象类是不能实例化的。

      同时,抽象类体现了数据抽象的思想,是实现多态的一种机制。它定义了一组抽象的方法,至于这组抽象方法的具体表现形式有派生类来实现。同时抽象类提供了继承的概念,它的出发点就是为了继承,否则它没有存在的任何意义。所以说定义的抽象类一定是用来继承的,同时在一个以抽象类为节点的继承关系等级链中,叶子节点一定是具体的实现类。

在使用抽象类的时候需要注意以下几点:

 1、抽象类不能被实例化,实例化的工作应该交由它的子类来完成,它只需要有一个引用即可。

         2、抽象方法必须由子类来进行重写。

         3、只要包含一个抽象方法的抽象类,该方法必须要定义成抽象类,不管是否还包含有其他方法。

         4、抽象类中可以包含具体的方法,当然也可以不包含抽象方法。

         5、子类中的抽象方法不能与父类的抽象方法同名。

         6、abstract不能与final并列修饰同一个类。

         7、abstract 不能与private、static、final或native并列修饰同一个方法。

定义一个抽象动物类Animal,提供抽象方法叫cry(),猫、狗都是动物类的子类,由于cry()为抽象方法,所以Cat、Dog必须要实现cry()方法。如下:

package test;
public abstract class Animal {
public abstract void cry();
public void say(){
}
}
package test;
public class Cat extends Animal{
@Override
public void cry() {
System.out.println("猫叫。。。");
}
}
package test;
public class Dog extends Animal{
@Override
public void cry() {
System.out.println("狗叫。。。");
}
}
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
 
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;    }}

继承

Java的类可以分为三类:

  • 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inerface定义,只能有抽象方法

在这三个类型之间存在如下关系:

  • 类可以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)
  • 接口只能extends一个接口

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

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 Programmer
extends Human
{
public void coding() throws Exception
{

}

public void coding( String langType )
{

}

public String coding( String langType, String project )
{
return "";
}
}
//这不是重载,而是三个相同的方法,编译报错public class Programmer    extends Human{    public void coding() throws Exception    {    }    public void coding()    {    }    public String coding()    {        return "";    }}

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 Human
{
public void coding( String langType )
{

}
}
public class Programmer    extends Human{    //此方法为覆盖/重写    public void coding( String langType )    {    }    //此方法为上面方法的重载    public void coding( String langType, String project )    {    }}

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
上例子:
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();
}
/*
* Output:
* Human fun1
* Programmer's fun2
*/
}
  • 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);
/*
func in A
test A in Bar
func in B
test A in Bar
func in B
test C in Bar
*/
}
}