第5章繼承和多態(tài)

1、第第5章章 繼承與多態(tài)繼承與多態(tài)學習導讀學習導讀n本章討論面向?qū)ο蟮木幊蹋∣OP）及其關鍵技術：繼承和多態(tài)。n繼承性是軟件復用的一種形式，對降低軟件復雜性行之有效。繼承性同時是面向?qū)ο蟪绦蛟O計語言的特點，采用對象但沒有繼承性的語言是基于對象的語言，但不是面向?qū)ο蟮恼Z言，這是兩者的區(qū)別。n多態(tài)性允許以統(tǒng)一的風格處理已存在的變量及相關的類，使增加系統(tǒng)中新功能變得容易。課程結構課程結構n5.1 繼承繼承n5.2 抽象類抽象類n5.3 接口接口n5.4 多態(tài)性多態(tài)性5.1 繼承繼承n繼承繼承繼承性是面向?qū)ο蟪绦蛟O計語言的最主要的特繼承性是面向?qū)ο蟪绦蛟O計語言的最主要的特點，是其他語言（如面向過程語言）

2、所沒有的。點，是其他語言（如面向過程語言）所沒有的。 類之間的繼承關系是現(xiàn)實世界中遺傳關系的直類之間的繼承關系是現(xiàn)實世界中遺傳關系的直接模擬，它表示類之間的內(nèi)在聯(lián)系以及對屬性接模擬，它表示類之間的內(nèi)在聯(lián)系以及對屬性和操作的共享，即子類可以沿用父類（被繼承和操作的共享，即子類可以沿用父類（被繼承類）的某些特征。當然，子類也可以具有自己類）的某些特征。當然，子類也可以具有自己獨立的屬性和操作。獨立的屬性和操作。5.1 繼承繼承n1.1.繼承定義繼承定義 繼承性是軟件復用的一種形式。新類由已存在的類生成，通過保留它們的屬性和行為，并且根據(jù)新類的要求對性能加以修改，添加新的屬性和行為。5.1 繼承繼承

3、如果子類只從一個父類繼承，則稱為單繼承；如果子類從一個以上父類繼承，則稱為多繼承。注意 Java不支持多重繼承，但它支持“接口”概念。接口使Java獲得了多重繼承的許多優(yōu)點，摒棄了相應的缺點。圖圖5-1 單繼承和多繼承示意單繼承和多繼承示意5.1 繼承繼承n2.繼承的實現(xiàn)繼承的實現(xiàn)Java語言中是通過關鍵字語言中是通過關鍵字extends來實現(xiàn)單繼承的。簡單來實現(xiàn)單繼承的。簡單的實現(xiàn)格式如下：的實現(xiàn)格式如下：class 子類名子類名 extends 父類名父類名類體類體注意注意: 如果在格式中沒有通過如果在格式中沒有通過extends關鍵字來標明父類名，關鍵字來標明父類名，這并不是意味著該類無

4、父類，這并不是意味著該類無父類，相反，它表示該類是相反，它表示該類是java.lang.Object的子類。的子類。子類從父類繼承有兩個主要的方面：（1）屬性的繼承。例如，公司是一個父類，一個公司有名稱、地址、經(jīng)理、雇員等，這些都屬于結構方面。（2）方法的繼承。一個父類定義了若干操作，如一個公司要有項目、利潤、任命經(jīng)理、錄用職工等操作，子公司也將繼承這些行為。5.1 繼承繼承n例例5.1 類繼承的示例。類繼承的示例。定義一個定義一個BaseClass類和類和DerivedClass類，其中類，其中BaseClass是是DerivedClass的父類的父類.程序清單見程序清單見BaseClass

5、.java和和DerivedClass.java.運行結果如運行結果如圖圖5-1圖圖5-15.2 抽象類抽象類n在現(xiàn)實生活中，可以發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：許多實在現(xiàn)實生活中，可以發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：許多實物抽象出成為一個共同的類別，如物抽象出成為一個共同的類別，如“交通工交通工具具”，但是，但是“交通工具交通工具”并直接對應著實際存并直接對應著實際存在的類別如卡車、自行車、三輪車等。在的類別如卡車、自行車、三輪車等。 “交通交通工具工具”等只是作為一個抽象概念存在，對一組等只是作為一個抽象概念存在，對一組固定實現(xiàn)的抽象描述，并不對應具體的概念。固定實現(xiàn)的抽象描述，并不對應具體的概念。因此，在面向?qū)ο蟪绦蛟O

6、計中，可以將這些抽因此，在面向?qū)ο蟪绦蛟O計中，可以將這些抽象描述定義為抽象類，而這一組任意個可能的象描述定義為抽象類，而這一組任意個可能的具體實現(xiàn)則表現(xiàn)為所有可能的派生類。具體實現(xiàn)則表現(xiàn)為所有可能的派生類。n由于抽象類對一組具體實現(xiàn)的抽象性描述，所由于抽象類對一組具體實現(xiàn)的抽象性描述，所以抽象體是不能修改的。通常抽象類不具備實以抽象體是不能修改的。通常抽象類不具備實際功能，只用來派生子類。際功能，只用來派生子類。5.2 抽象類抽象類n1.抽象方法抽象方法Java語言中，用關鍵字語言中，用關鍵字abstract修飾的方法為抽象方法。語法修飾的方法為抽象方法。語法格式形如：格式形如：abstrac

7、t 返回值類型返回值類型 方法名（方法名（形式參數(shù)形式參數(shù)）；）；抽象方法只有方法頭沒有方法體，即只提供方法的規(guī)格說明，抽象方法只有方法頭沒有方法體，即只提供方法的規(guī)格說明，沒有具體的實現(xiàn)。沒有具體的實現(xiàn)。注意注意: 1）final關鍵字不能修飾抽象方法。這是因為關鍵字不能修飾抽象方法。這是因為final是不可是不可修改的方法是最終的方法，而抽象方法沒有方法體，能被修改的方法是最終的方法，而抽象方法沒有方法體，能被派生類進行覆蓋；派生類進行覆蓋； 2）static是不能修飾抽象方法的。靜態(tài)方法占據(jù)固定內(nèi)存是不能修飾抽象方法的。靜態(tài)方法占據(jù)固定內(nèi)存空間，而抽象方法根本就不可能運行，不會加載到內(nèi)存

8、中。空間，而抽象方法根本就不可能運行，不會加載到內(nèi)存中。所以，所以，static關鍵字不能修飾抽象方法。關鍵字不能修飾抽象方法。5.2 抽象類抽象類n2.抽象類抽象類是用關鍵字抽象類是用關鍵字abstract修飾的類為抽象類。語修飾的類為抽象類。語法格式形如：法格式形如：abstract class 抽象類名抽象類名 類體類體5.2 抽象類抽象類注意注意: 抽象類只是具體實體的抽象描述，是不可以實例化對象。 盡管抽象類定義構造方法是沒有語法錯誤，但是沒有實際意義。抽象類中可以定義非抽象方法，也可以定義抽象方法。 抽象方法在它的派生子類中可以覆蓋，來實現(xiàn)具體功能。 抽象類派生出的子類，必須對抽象

9、類中的抽象方法重寫。 5.2 抽象類抽象類例：一個抽象類的例子定義一個抽象類例：一個抽象類的例子定義一個抽象類AbstractClassExample以及該類的子類以及該類的子類DerivedAbstractClass，程序清單分別見，程序清單分別見AbstractClassExample.java和和DerivedAbstractClass.java程序的運行結果見圖程序的運行結果見圖5-2.圖圖5-25.3 接口接口nJava語言不支持多繼承，但是在有的情況下需要使用多繼承。 nJava語言可以通過接口概念，一方面實現(xiàn)多繼承，同時避免“二義性問題”的產(chǎn)生，另一方面為Java語言在支持單繼承

10、機制的前提下實現(xiàn)多態(tài)提供了方便。 n從編程的角度看，Java語言定義的接口實際上是一組抽象方法和常量的集合，為其他類提供運算的外部說明。接口為一個或多個類提供一個行為規(guī)范，具體的實現(xiàn)在這些類中完成，這些類之間并不存在層次關系。通過接口可以了解對象的實例方法的原型，而不需要了解這些方法的具體實現(xiàn)。接口的存在有效解決了如何實現(xiàn)多繼承，同時避免了由于多繼承產(chǎn)生的“二義性問題”。 5.3 接口接口n1.接口的格式定義Java語言中，接口是通過關鍵字語言中，接口是通過關鍵字interface來實現(xiàn)定義的，具體來實現(xiàn)定義的，具體格式如下：格式如下：public interface 接口名接口名 exten

11、ds 父接口名表父接口名表 接口體接口體接口名的定義規(guī)則同類名的規(guī)則。接口可以有繼承關系，通接口名的定義規(guī)則同類名的規(guī)則。接口可以有繼承關系，通過關鍵字過關鍵字extends實現(xiàn)繼承。接口體中定義的是方法和常量。實現(xiàn)繼承。接口體中定義的是方法和常量。接口體中定義的所有方法不管是否用來顯式的定義為公共的接口體中定義的所有方法不管是否用來顯式的定義為公共的抽象性質(zhì)（抽象性質(zhì)（public abstract），還是缺省性質(zhì)定義，所有方法），還是缺省性質(zhì)定義，所有方法隱含為公共的（隱含為公共的（public）和抽象（）和抽象（abstract）的，方法體為空。）的，方法體為空。接口體中定義的常量格式如

12、下：接口體中定義的常量格式如下：final static數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型 常量標識符常量標識符=常量值；常量值； 5.3 接口接口n2.接口的實現(xiàn)Java語言中通過關鍵字語言中通過關鍵字implements來實現(xiàn)接口，來實現(xiàn)接口，具體的實現(xiàn)是通過類來完成的。接口實現(xiàn)的具體具體的實現(xiàn)是通過類來完成的。接口實現(xiàn)的具體格式如下：格式如下：class 類名類名 implements 接口名表接口名表 類體類體n 接口的定義類似于抽象類，但是它的實現(xiàn)接口的定義類似于抽象類，但是它的實現(xiàn)是依賴于類，不是通過繼承來實現(xiàn)的。在實是依賴于類，不是通過繼承來實現(xiàn)的。在實現(xiàn)的類中，對接口中定義的所有方法進行覆現(xiàn)的類

13、中，對接口中定義的所有方法進行覆蓋蓋. 5.3 接口接口例：一個應用接口的例子定義一個接口例：一個應用接口的例子定義一個接口ShapeInterface和實現(xiàn)該接口的一個圓和實現(xiàn)該接口的一個圓Circle類類, ，程序清單分別見程序清單分別見ShapeInterface.java和和Circle.java程序的運行結果見圖程序的運行結果見圖5-3.圖圖5-35.3 接口接口n3.接口和抽象類之間的區(qū)別接口和抽象類之間的區(qū)別接口不能實現(xiàn)任何的方法，而抽象類可以。類可以實現(xiàn)多個接口，但只有一個父類。接口不是類分級結構的一部分。而沒有聯(lián)系的類可以實現(xiàn)相同的接口。繼承是“is a”關系，接口是“l(fā)ik

14、e a”關系抽象類可以修改，接口修改有困難。5.4 多態(tài)性多態(tài)性多態(tài)（Polymorphism）即程序中同名的不同方法共存的情況，常見的兩種多態(tài)方式為： 子類對父類方法的覆蓋； 利用重載在同一個類中定義多個同名的不同方法。在運行時自動選擇正確的方法進行調(diào)用稱作動態(tài)綁定（dynamic binding）。在編譯時可以選擇正確的方法進行調(diào)用稱作靜態(tài)綁定（static binding）5.4 多態(tài)性多態(tài)性1.動態(tài)綁定理解調(diào)用一個對象方法的機制是非常重要的。下面具體介紹：假設調(diào)用x.f(參數(shù))；（1）編譯器檢查對象的聲明類型和方法名。（2）接著，編譯器檢查方法調(diào)用中的參數(shù)類型。如果在所有的叫做f的方法

15、中有一個其參數(shù)類型同調(diào)用提供的參數(shù)類型最匹配，那么該方法就會被選擇調(diào)用。這個過程稱作重載選擇。5.4 多態(tài)性多態(tài)性（3）如果方法是private、static、final或者是構造器，編譯器可以確定調(diào)用的方法，這種方法是靜態(tài)調(diào)用。 與之對應，調(diào)用方法將依賴于隱式參數(shù)的實際類型，并且在運行時動態(tài)綁定。（4）當程序運行并且使用動態(tài)綁定來調(diào)用一個方法時，那么虛擬機必須調(diào)用同x所指向的對象的實際類型相匹配的方法版本。5.4 多態(tài)性多態(tài)性n2.方法的重載方法的重載重載（Overloading）實質(zhì)上就是在一個類內(nèi)用一個標識符定義不同的方法或符號運算的方法名或符號名。Java語言中支持符號的重載，如前提及

16、的運算符“+”。不過不過JavaJava語言中不支持用戶自定義的語言中不支持用戶自定義的符號重載符號重載，可以支持用戶定義方法的重載可以支持用戶定義方法的重載。方法的重載具體可以理解為，同一個方法名對應不同的方法定義。這些方法的格式說明中的參數(shù)不同，即，具體涉及到參數(shù)的類型、參數(shù)的個數(shù)是有所不同的。重載的例:定義一個計數(shù)器可以實現(xiàn)求數(shù)的絕對值運算見程序清單Counter.java 5.4 多態(tài)性多態(tài)性n3.方法的覆蓋和隱藏方法的覆蓋（Overriding）實質(zhì)是指子類具有重新定義父類成員方法的能力。這種重新定義表示子類定義的方法具有和父類的方法同名稱、同參數(shù)類型、同參數(shù)個數(shù)、以及同返回值。方法

17、格式定義盡管相同，但具有不同的方法體，實現(xiàn)的內(nèi)容根據(jù)程序員的要求而有所不同。子類的方法覆蓋父類的同名方法。這意味著，子類對象的實例方法調(diào)用只會調(diào)用子類中定義的方法，而不是父類中同格式說明的方法。如果子類的方法覆蓋父類的靜態(tài)方法，則父類的方法在子類中隱藏起來了 .5.4 多態(tài)性多態(tài)性重載覆蓋重載方法補充彼此覆蓋方法替代它已覆蓋的方法重載方法參數(shù)表中可有不同類型的參數(shù)覆蓋方法的參數(shù)表必須有相同類型相同順序的參數(shù)重載方法的返回值可以不同覆蓋方法的返回值必須相同重載方法實際上是不同的方法，可以拋出不同的異常覆蓋方法拋出原方法中能拋出的已檢查的異常表表5-重載和覆蓋的比較5.4 多態(tài)性多態(tài)性n4.數(shù)據(jù)成

18、員的隱藏數(shù)據(jù)成員的隱藏父類的數(shù)據(jù)成員可以在子類中隱藏，只要子類中定義了同名的數(shù)據(jù)成員。即使數(shù)據(jù)成員的類型不同，也視為父類的數(shù)據(jù)成員被隱藏了。5.4 多態(tài)性多態(tài)性nsuper關鍵字關鍵字super關鍵字表示對類的父類的引用。在子類中有關鍵字表示對類的父類的引用。在子類中有時會使用父類的數(shù)據(jù)和方法，這時就可以利用時會使用父類的數(shù)據(jù)和方法，這時就可以利用super關鍵字來實現(xiàn)對父類的引用。關鍵字來實現(xiàn)對父類的引用。super關鍵字不關鍵字不是一個對象的引用，而是調(diào)用父類的成員特有的關是一個對象的引用，而是調(diào)用父類的成員特有的關鍵字。鍵字。super關鍵字主要應用在兩個方面：關鍵字主要應用在兩個方面：

19、 1）應用于引用父類的構造方法；）應用于引用父類的構造方法； 2）應用于引用父類中被子類覆蓋的成員方法和）應用于引用父類中被子類覆蓋的成員方法和隱藏數(shù)據(jù)成員。隱藏數(shù)據(jù)成員。 5.4 多態(tài)性多態(tài)性n5.運行多態(tài)性的實現(xiàn)運行多態(tài)性的實現(xiàn)利用繼承機制實現(xiàn)多態(tài)性利用接口實現(xiàn)多態(tài)性5.4 多態(tài)性多態(tài)性n(1)利用繼承機制實現(xiàn)多態(tài)性利用繼承機制實現(xiàn)多態(tài)性對于數(shù)據(jù)來說，繼承是否為正確的設計可以用一個簡單的規(guī)則來判斷?！癷s-a”規(guī)則表明子類的每一個對象都是一個超類的對象。例如，每一個經(jīng)理是一個員工。然而，只有經(jīng)理類是員工類的子類才是有意義的。很明顯，反過來就不行了并不是每個員工都是經(jīng)理。 還有一個明確敘述“

20、is-a”規(guī)則的方法是替代原則。該原則規(guī)定無論何時，如果程序需要一個超類對象，都可以用一個子類對象來代替5.4 多態(tài)性多態(tài)性例：定義一個抽象類例：定義一個抽象類ParentClass和該類的子類和該類的子類ChildClass，以及定義一個測試類，以及定義一個測試類Test它們的程它們的程序請單見序請單見ParentClass.java，ChildClass.java和和Test.java運行結果見圖運行結果見圖5-4思考：在程序思考：在程序Test.java中，觀察語句中，觀察語句“ParentClass cc=new ChildClass(); ”，思考對象，思考對象cc每次調(diào)用每次調(diào)用showMessage()方法各是哪個類的方法方法各是哪個類的方法?圖圖5-35.4 多態(tài)性多態(tài)性n(2).利用接口實現(xiàn)多態(tài)性利用接口實現(xiàn)多態(tài)性接口的靈活性就在于“規(guī)定一個類必須做什么，而不管你如何做”。我們可以定義一個接口類型的引用變量來引用實現(xiàn)接口的類的實例，當這個引用調(diào)用方法時，它會根據(jù)實際引用的類的實例來判斷具體調(diào)用哪個方法，這和上述利用父類的對象引用訪問子類對象的機制相似。5.4 多態(tài)性多態(tài)性例：定義一個接口例：定義一個接口Wor