继承、多态、重载和重写

什么是多态?它的实现机制是什么呢?重载和重写的区别在那里?这就是这一次我们要回顾的四个十分重要的概念:继承、多态、重载和重写。


继承(inheritance) 简单的说,继承就是在一个现有类型的基础上, 通过增加新的方法或者重定义已有方法(下面会讲到,这种方式叫重写)的方式,产生一个新的类型。 继承是面向对象的三个基本特征--封装、继承、多态的其中之一,我们在使用 JAVA 时编写的每一个类都是在继承,因为在 JAVA 语言中, java.lang.Object 类是所有类最根本的基类(或者叫父类、超类),如果我们新定义的一个类没有明确地指定继承自哪个基类, 那么 JAVA 就会默认为它是继承自Object 类的。 我们可以把 JAVA 中的类分为以下三种: 1. 类:使用 class 定义且不含有抽象方法的类。 2. 抽象类:使用 abstract class 定义的类,它可以含有,也可以不含有抽象方法。 3. 接口:使用 interface 定义的类。 在这三种类型之间存在下面的继承规律: • 类可以继承(extends)类,可以继承(extends)抽象类,可以继承(implements)接口。 • 抽象类可以继承(extends)类,可以继承(extends)抽象类,可以继承(implements)接口。 • 接口只能继承(extends)接口。 请注意上面三条规律中每种继承情况下使用的不同的关键字 extends 和 implements,它们是不可以随意替换的。 大家知道,一个普通类继承一个接口后,必须实现这个接口中定义的所有方法,否则就只能被定义为抽象类。 我在这里之所以没有对 implements 关键字使用“实现”这种说法是因为从概念上来说它也是表示一种继承关系, 而且对于抽象类 implements 接口的情况下,它并不是一定要实现这个接口定义的任何方法,因此使用继承的说法更为合理一些。 以上三条规律同时遵守下面这些约束: 1. 类和抽象类都只能最多继承一个类,或者最多继承一个抽象类,并且这两种情况是互斥的, 也就是说它们要么继承一个类,要么继承一个抽象类。 2. 类、抽象类和接口在继承接口时,不受数量的约束,理论上可以继承无限多个接口。 当然,对于类来说,它必须实现它所继承的所有接口中定义的全部方法。 3. 抽象类继承抽象类,或者实现接口时,可以部分、全部或者完全不实现父类抽象类的抽象(abstract)方法,或者父类接口中定义的接口。 4. 类继承抽象类,或者实现接口时,必须全部实现父类抽象类的全部抽象(abstract)方法,或者父类接口中定义的全部接口。 继承给我们的编程带来的好处就是对原有类的复用(重用)。 就像模块的复用一样,类的复用可以提高我们的开发效率,实际上,模块的复用是大量类的复用叠加后的效果。 除了继承之外,我们还可以使用组合的方式来复用类。 所谓组合就是把原有类定义为新类的一个属性,通过在新类中调用原有类的方法来实现复用。 如果新定义的类型与原有类型之间不存在被包含的关系,也就是说,从抽象概念上来讲,新定义类型所代表的事物并不是原有类型所代表 事物的一种,比如黄种人是人类的一种,它们之间存在包含与被包含的关系,那么这时组合就是实现复用更好的选择。 下面这个例子就是组合方式的一个简单示例: Java 代码
public class Sub {
	private Parent p = new Parent();

	public void doSomething() {
		// 复用 Parent 类的方法
		p.method();
		// other code
	}
}

class Parent {
	public void method() {
		// do something here
	}
}
当然,为了使代码更加有效,我们也可以在需要使用到原有类型(比如 Parent p)时,才对它进行初始化。 使用继承和组合复用原有的类,都是一种增量式的开发模式,这种方式带来的好处是不需要修改原有的代码,因此不会给原有代码带来新的 BUG, 也不用因为对原有代码的修改而重新进行测试,这对我们的开发显然是有益的。 因此,如果我们是在维护或者改造一个原有的系统或模块,尤其是对它们的了解不是很透彻的时候,就可以选择增量开发的模式, 这不仅可以大大提高我们的开发效率,也可以规避由于对原有代码的修改而带来的风险。
多态(Polymorphism) 多态是又一个重要的基本概念,上面说到了,它是面向对象的三个基本特征之一。究竟什么是多态呢?我们先看看下面的例子,来帮助理解: Java 代码
//汽车接口
interface Car {
	// 汽车名称
	String getName();

	// 获得汽车售价
	int getPrice();
}

// 宝马
class BMW implements Car {
	public String getName() {
		return "BMW";
	}

	public int getPrice() {
		return 300000;
	}
}

// 奇瑞 QQ
class CheryQQ implements Car {
	public String getName() {
		return "CheryQQ";
	}

	public int getPrice() {
		return 20000;
	}
}

// 汽车出售店
public class CarShop {
	// 售车收入
	private int money = 0;

	// 卖出一部车
	public void sellCar(Car car) {
		System.out.println("车型:" + car.getName() + " 单价:" + car.getPrice());
		// 增加卖出车售价的收入
		money += car.getPrice();
	}

	// 售车总收入
	public int getMoney() {
		return money;
	}

	public static void main(String[] args) {
		CarShop aShop = new CarShop();
		// 卖出一辆宝马
		aShop.sellCar(new BMW());
		// 卖出一辆奇瑞 QQ
		aShop.sellCar(new CheryQQ());
		System.out.println("总收入:" + aShop.getMoney());
	}
}
运行结果: 1. 车型:BMW 单价:300000 2. 车型:CheryQQ 单价:20000 3. 总收入:320000 继承是多态得以实现的基础。从字面上理解,多态就是一种类型(都是 Car 类型)表现出多种状态(宝马汽车的名称是 BMW,售价是 300000; 奇瑞汽车的名称是 CheryQQ,售价是2000)。 将一个方法调用同这个方法所属的主体(也就是对象或类)关联起来叫做绑定,分前期绑定和后期绑定两种。 下面解释一下它们的定义: 1. 前期绑定:在程序运行之前进行绑定,由编译器和连接程序实现,又叫做静态绑定。 比如 static 方法和 final 方法,注意,这里也包括 private 方法,因为它是隐式 final 的。 2. 后期绑定:在运行时根据对象的类型进行绑定,由方法调用机制实现,因此又叫做动态绑定,或者运行时绑定。 除了前期绑定外的所有方法都属于后期绑定。 多态就是在后期绑定这种机制上实现的。多态给我们带来的好处是消除了类之间的耦合关系,使程序更容易扩展。 比如在上例中,新增加一种类型汽车的销售,只需要让新定义的类继承Car 类并实现它的所有方法,而无需对原有代码做任何修改, CarShop 类的 sellCar(Car car)方法就可以处理新的车型了。新增代码如下: Java 代码
// 桑塔纳汽车
class Santana implements Car {
	public String getName() {
		return "Santana";
	}

	public int getPrice() {
		return 80000;
	}
}

重载(overloading)和重写(overriding) 重载和重写都是针对方法的概念,在弄清楚这两个概念之前,我们先来了解一下什么叫方法的型构(英文名是 signature,有的译作“签名”, 虽然它被使用的较为广泛,但是这个翻译不准确的)。 型构就是指方法的组成结构,具体包括方法的名称和参数,涵盖参数的数量、类型以及出现的顺序, 但是不包括方法的返回值类型,访问权限修饰符,以及abstract、static、final 等修饰符。比如下面两个就是具有相同型构的方法: Java 代码
public void method(int i, String s) {
	// do something
}
public String method(int i, String s) {
	// do something
}
而这两个就是具有不同型构的方法: Java 代码
public void method(int i, String s) {
	// do something
}
public void method(String s, int i) {
	// do something
}
了解完型构的概念后我们再来看看重载和重写,请看它们的定义: • 重写,英文名是 overriding,是指在继承情况下,子类中定义了与其基类中方法具有相同型构的新方法,就叫做子类把基类的方法重写了。 这是实现多态必须的步骤。 • 重载,英文名是 overloading,是指在同一个类中定义了一个以上具有相同名称,但是型构不同的方法。 在同一个类中,是不允许定义多于一个的具有相同型构的方法的。 我们来考虑一个有趣的问题:构造器可以被重载吗?答案当然是可以的,我们在实际的编程中也经常这么做。 实际上构造器也是一个方法,构造器名就是方法名,构造器参数就是方法参数,而它的返回值就是新创建的类的实例。 但是构造器却不可以被子类重写,因为子类无法定义与基类具有相同型构的构造器。



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