Java面向对象

继承

继承的概念

继承是java面向对象编程技术的一块基石，因为它允许创建分等级层次的类。

继承就是子类继承父类的特征和行为，使得子类对象（实例）具有父类的实例域和方法，或子类从父类继承方法，使得子类具有父类相同的行为。

类的继承格式

在 Java 中通过 extends 关键字可以申明一个类是从另外一个类继承而来的，一般形式如下：

class 父类{

}

class 子类 extends 父类{

}

为什么需要继承

接下来我们通过实例来说明这个需求。

开发动物类，其中动物分别为企鹅以及老鼠，要求如下：

• 企鹅：属性（姓名，id），方法（吃，睡，自我介绍）
• 老鼠：属性（姓名，id），方法（吃，睡，自我介绍）

//企鹅类
package Object.Animal;

public class Penguin {
    private String name;
    private int id;

    public Penguin(String myName, int myid){
        name = myName;
        id = myid;
    }

    public void eat(){
        System.out.println(name + "正在吃");
    }

    public void sleep(){
        System.out.println(name + "正在睡");
    }

    public void introduction(){
        System.out.println("大家好！我是" + id + "号" + name + "。");
    }
}

//老鼠类
package Object.Animal;

public class Mouse {
    private String name;
    private int id;

    public Mouse(String myName, int myid){
        name = myName;
        id = myid;
    }

    public void eat(){
        System.out.println(name + "正在吃");
    }

    public void sleep(){
        System.out.println(name + "正在睡");
    }

    public void introduction(){
        System.out.println("大家好！我是" + id + "号" + name + "。");
    }
}

从这两段代码可以看出来，代码存在重复了，导致后果就是代码量大且臃肿，而且维护性不高(维护性主要是后期需要修改的时候，就需要修改很多的代码，容易出错)，所以要从根本上解决这两段代码的问题，就需要继承，将两段代码中相同的部分提取出来组成一个父类：

//公共父类  动物类
package Object.Animal;

public class Animal {
    private String name;
    private int id;

    public Animal(String myName, int myid){
        name = myName;
        id = myid;
    }

    public void eat(){
        System.out.println(name + "正在吃");
    }

    public void sleep(){
        System.out.println(name + "正在睡");
    }

    public void introduction(){
        System.out.println("大家好！我是" + id + "号" + name + "。");
    }
}

这个Animal类就可以作为一个父类，然后企鹅类和老鼠类继承这个类之后，就具有父类当中的属性和方法，子类就不会存在重复的代码，维护性也提高，代码也更加简洁，提高代码的复用性（复用性主要是可以多次使用，不用再多次写同样的代码）

继承之后的代码：

//继承后的企鹅类
package Object.Animal;

public class Penguin extends Animal{
    public Penguin(String myName, int myid){
        super(myName, myid);
    }
}

//继承后的老鼠类
package Object.Animal;

public class Mouse extends Animal{
    public Mouse(String myName, int myid){
        super(myName, myid);
    }
}

继承类型

需要注意的是 Java 不支持多继承，但支持多重继承。

继承的特性

• 子类拥有父类非 private 的属性、方法。
• 子类可以拥有自己的属性和方法，即子类可以对父类进行扩展。
• 子类可以用自己的方式实现父类的方法。
• Java 的继承是单继承，但是可以多重继承，单继承就是一个子类只能继承一个父类，多重继承就是，例如 B 类继承 A 类，C 类继承 B 类，所以按照关系就是 B 类是 C 类的父类，A 类是 B 类的父类，这是 Java 继承区别于 C++ 继承的一个特性。
• 提高了类之间的耦合性（继承的缺点，耦合度高就会造成代码之间的联系越紧密，代码独立性越差）。

继承关键字

继承可以使用 extends 和 implements 这两个关键字来实现继承，而且所有的类都是继承于 java.lang.Object，当一个类没有继承的两个关键字，则默认继承 Object（这个类在 java.lang 包中，所以不需要 import）祖先类。

extends关键字

在 Java 中，类的继承是单一继承，也就是说，一个子类只能拥有一个父类，所以 extends 只能继承一个类。

public class Animal { 
    private String name;   
    private int id; 
    public Animal(String myName, int myid) { 
        //初始化属性值
    } 
    public void eat() {  //吃东西方法的具体实现  } 
    public void sleep() { //睡觉方法的具体实现  } 
} 
 
public class Penguin  extends  Animal{ 
}

implements关键字

使用 implements 关键字可以变相的使java具有多继承的特性，使用范围为类继承接口的情况，可以同时继承多个接口（接口跟接口之间采用逗号分隔）。

public interface A {
    public void eat();
    public void sleep();
}
 
public interface B {
    public void show();
}
 
public class C implements A,B {
}

super 与 this 关键字

super关键字：我们可以通过super关键字来实现对父类成员的访问，用来引用当前对象的父类。

this关键字：指向自己的引用。

//Main.java
public class Main {
    public static void main(String[] args){
        Animal a = new Animal();
        a.eat();
        System.out.println("--------------------");
        Dog d = new Dog();
        d.eatTest();
    }
}

//Animal.java
public class Animal {
    void eat(){
        System.out.println("animal:eat");
    }
}

//Dog.java
public class Dog extends Animal {
    void eat(){
        System.out.println("dog:eat");
    }
    void eatTest(){
        super.eat();//eat调用父类的方法
        this.eat();//this调用自己的方法
    }
}

输出结果为：

final 关键字

final 可以用来修饰变量（包括类属性、对象属性、局部变量和形参）、方法（包括类方法和对象方法）和类。

final 含义为 “最终的”。

使用 final 关键字声明类，就是把类定义定义为最终类，不能被继承，或者用于修饰方法，该方法不能被子类重写：

//声明类
final class 类名 {//类体}
//声明方法
修饰符(public/private/default/protected) final 返回值类型 方法名(){//方法体}

注： final 定义的类，其中的属性、方法不是 final 的。

构造器

子类是不继承父类的构造器（构造方法或者构造函数）的，它只是调用（隐式或显式）。如果父类的构造器带有参数，则必须在子类的构造器中显式地通过 super 关键字调用父类的构造器并配以适当的参数列表。

如果父类构造器没有参数，则在子类的构造器中不需要使用 super 关键字调用父类构造器，系统会自动调用父类的无参构造器。

class SuperClass {
    private int n;
    SuperClass(){
      System.out.println("SuperClass()");
    }
    SuperClass(int n) {
      System.out.println("SuperClass(int n)");
      this.n = n;
    }
  }
  // SubClass 类继承
  class SubClass extends SuperClass{
    private int n;
    
    SubClass(){ // 自动调用父类的无参数构造器
      System.out.println("SubClass");
    }  
    
    public SubClass(int n){ 
      super(300);  // 调用父类中带有参数的构造器
      System.out.println("SubClass(int n):"+n);
      this.n = n;
    }
  }
  // SubClass2 类继承
  class SubClass2 extends SuperClass{
    private int n;
    
    SubClass2(){
      super(300);  // 调用父类中带有参数的构造器
      System.out.println("SubClass2");
    }  
    
    public SubClass2(int n){ // 自动调用父类的无参数构造器
      System.out.println("SubClass2(int n):"+n);
      this.n = n;
    }
  }
  public class Test{
    public static void main (String args[]){
      System.out.println("------SubClass 类继承------");
      SubClass sc1 = new SubClass();
      SubClass sc2 = new SubClass(100); 
      System.out.println("------SubClass2 类继承------");
      SubClass2 sc3 = new SubClass2();
      SubClass2 sc4 = new SubClass2(200); 
    }
}

重写(Override)与重载(Overload)

接口

接口（英文：Interface），在JAVA编程语言中是一个抽象类型，是抽象方法的集合，接口通常以interface来声明。一个类通过继承接口的方式，从而来继承接口的抽象方法。

接口并不是类，编写接口的方式和类很相似，但是它们属于不同的概念。类描述对象的属性和方法。接口则包含类要实现的方法。

除非实现接口的类是抽象类，否则该类要定义接口中的所有方法。

接口无法被实例化，但是可以被实现。一个实现接口的类，必须实现接口内所描述的所有方法，否则就必须声明为抽象类。另外，在 Java 中，接口类型可用来声明一个变量，他们可以成为一个空指针，或是被绑定在一个以此接口实现的对象。

接口与类相似点：

• 一个接口可以有多个方法。
• 接口文件保存在 .java 结尾的文件中，文件名使用接口名。
• 接口的字节码文件保存在 .class 结尾的文件中。
• 接口相应的字节码文件必须在与包名称相匹配的目录结构中。

接口与类的区别：

• 接口不能用于实例化对象。
• 接口没有构造方法。
• 接口中所有的方法必须是抽象方法，Java 8 之后 接口中可以使用 default 关键字修饰的非抽象方法。
• 接口不能包含成员变量，除了 static 和 final 变量。
• 接口不是被类继承了，而是要被类实现。
• 接口支持多继承。

接口特性

• 接口中每一个方法也是隐式抽象的,接口中的方法会被隐式的指定为 public abstract（只能是 public abstract，其他修饰符都会报错）。
• 接口中可以含有变量，但是接口中的变量会被隐式的指定为 public static final 变量（并且只能是 public，用 private 修饰会报编译错误）。
• 接口中的方法是不能在接口中实现的，只能由实现接口的类来实现接口中的方法。

接口有以下特性：

• 接口是隐式抽象的，当声明一个接口的时候，不必使用abstract关键字。
• 接口中每一个方法也是隐式抽象的，声明时同样不需要abstract关键字。
• 接口中的方法都是公有的。

抽象类和接口的区别

• 1. 抽象类中的方法可以有方法体，就是能实现方法的具体功能，但是接口中的方法不行。
• 2. 抽象类中的成员变量可以是各种类型的，而接口中的成员变量只能是 public static final 类型的。
• 3. 接口中不能含有静态代码块以及静态方法(用 static 修饰的方法)，而抽象类是可以有静态代码块和静态方法。
• 4. 一个类只能继承一个抽象类，而一个类却可以实现多个接口。

注：JDK 1.8 以后，接口里可以有静态方法和方法体了。

注：JDK 1.8 以后，接口允许包含具体实现的方法，该方法称为”默认方法”，默认方法使用 default 关键字修饰。更多内容可参考 Java 8 默认方法。

注：JDK 1.9 以后，允许将方法定义为 private，使得某些复用的代码不会把方法暴露出去。更多内容可参考 Java 9 私有接口方法。

接口语法

语法格式：

[可见度] interface 接口名称 [extends 其他的接口名] {
        // 声明变量
        // 抽象方法
}

Interface关键字用来声明一个接口。下面是接口声明的一个简单例子。

//文件名：NameOfInterface.java
import java.lang.*;
//引入包

public interface NameOfInterface
{
    //任何类型 final，static 字段
    //抽象方法
}

实例：

//文件名: Animal.java
interface Animal {
    public void eat();
    public void sleep();
}

接口的实现

当类实现接口的时候，类要实现接口中所有的方法。否则，类必须声明为抽象的类。

类使用implements关键字实现接口。在类声明中，Implements关键字放在class声明后面。

实现一个接口的语法，可以使用这个公式：

...implements 接口名称[, 其他接口名称, 其他接口名称..., ...] ...

实例：

/* 文件名 : MammalInt.java */
public class MammalInt implements Animal{
 
   public void eat(){
      System.out.println("Mammal eats");
   }
 
   public void travel(){
      System.out.println("Mammal travels");
   } 
 
   public int noOfLegs(){
      return 0;
   }
 
   public static void main(String args[]){
      MammalInt m = new MammalInt();
      m.eat();
      m.travel();
   }
}


//结果为
Mammal eats
Mammal travels

重写接口中声明的方法时，需要注意以下规则：

• 类在实现接口的方法时，不能抛出强制性异常，只能在接口中，或者继承接口的抽象类中抛出该强制性异常。
• 类在重写方法时要保持一致的方法名，并且应该保持相同或者相兼容的返回值类型。
• 如果实现接口的类是抽象类，那么就没必要实现该接口的方法。

在实现接口的时候，也要注意一些规则：

• 一个类可以同时实现多个接口。
• 一个类只能继承一个类，但是能实现多个接口。
• 一个接口能继承另一个接口，这和类之间的继承比较相似。

包(package)

为了更好地组织类，Java 提供了包机制，用于区别类名的命名空间。

包的作用

• 1、把功能相似或相关的类或接口组织在同一个包中，方便类的查找和使用。
• 2、如同文件夹一样，包也采用了树形目录的存储方式。同一个包中的类名字是不同的，不同的包中的类的名字是可以相同的，当同时调用两个不同包中相同类名的类时，应该加上包名加以区别。因此，包可以避免名字冲突。
• 3、包也限定了访问权限，拥有包访问权限的类才能访问某个包中的类。

Java 使用包（package）这种机制是为了防止命名冲突，访问控制，提供搜索和定位类（class）、接口、枚举（enumerations）和注释（annotation）等。

包语句的语法格式为：

package pkg1[．pkg2[．pkg3…]];

例如：

package net.java.util;
public class Test{
    ...
}

那么它的路径应该是 net/java/util/Test.java 这样保存的。 package(包) 的作用是把不同的 java 程序分类保存，更方便的被其他 java 程序调用。

一个包（package）可以定义为一组相互联系的类型（类、接口、枚举和注释），为这些类型提供访问保护和命名空间管理的功能。

以下是一些 Java 中的包：

• java.lang——打包基础的类
• java.io——包含输入输出功能的函数

开发者可以自己把一组类和接口等打包，并定义自己的包。而且在实际开发中这样做是值得提倡的，当你自己完成类的实现之后，将相关的类分组，可以让其他的编程者更容易地确定哪些类、接口、枚举和注释等是相关的。

由于包创建了新的命名空间（namespace），所以不会跟其他包中的任何名字产生命名冲突。使用包这种机制，更容易实现访问控制，并且让定位相关类更加简单。

创建包

创建包的时候，你需要为这个包取一个合适的名字。之后，如果其他的一个源文件包含了这个包提供的类、接口、枚举或者注释类型的时候，都必须将这个包的声明放在这个源文件的开头。

包声明应该在源文件的第一行，每个源文件只能有一个包声明，这个文件中的每个类型都应用于它。

如果一个源文件中没有使用包声明，那么其中的类，函数，枚举，注释等将被放在一个无名的包（unnamed package）中。

实例：

这个例子创建了一个叫做animals的包。通常使用小写的字母来命名避免与类、接口名字的冲突。

在 animals 包中加入一个接口（interface）：

泛型

泛型（generics）是 JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制，该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。

假定我们有这样一个需求：写一个排序方法，能够对整型数组、字符串数组甚至其他任何类型的数组进行排序，该如何实现？

此时就可以使用 Java 泛型。

使用 Java 泛型的概念，我们可以写一个泛型方法来对一个对象数组排序。然后，调用该泛型方法来对整型数组、浮点数数组、字符串数组等进行排序。

泛型方法

下面是定义泛型方法的规则：

• 所有泛型方法声明都有一个类型参数声明部分（由尖括号分隔），该类型参数声明部分在方法返回类型之前（在下面例子中的 <E>）。
• 每一个类型参数声明部分包含一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。
• 类型参数能被用来声明返回值类型，并且能作为泛型方法得到的实际参数类型的占位符。
• 泛型方法体的声明和其他方法一样。注意类型参数只能代表引用型类型，不能是原始类型（像 int、double、char 等）。

java 中泛型标记符：

• E - Element (在集合中使用，因为集合中存放的是元素)
• T - Type（Java 类）
• K - Key（键）
• V - Value（值）
• N - Number（数值类型）
• ？ - 表示不确定的 java 类型

实例A：

public class GenericMethodTest {
    // 泛型方法 printArray ，它的参数是E[] inputArray
    public static <E> void printArray(E[] inputArray){  //返回类型是<E>——在集合中使用，因为集合中存放的是元素
        // 输出数组元素
        for(E element : inputArray){
            System.out.printf("%s" , element);
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建不同类型的数组：Integer,Double,Character
        Integer[] intArray = {1,2,3,4,5};
        Double[] doubleArray = {1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5};
        Character[] charArray = {'S', 'I', 'G', 'M', 'A'};
        
        System.out.println("整型数组元素为：");
        printArray( intArray );//传递一个整型数组

        System.out.println( "\n双精度型数组元素为:" );
        printArray( doubleArray ); // 传递一个双精度型数组
 
        System.out.println( "\n字符型数组元素为:" );
        printArray( charArray ); // 传递一个字符型数组
    }
}

编译运行结果如下：

有界的类型参数:

可能有时候，你会想限制那些被允许传递到一个类型参数的类型种类范围。例如，一个操作数字的方法可能只希望接受Number或者Number子类的实例。这就是有界类型参数的目的。

要声明一个有界的类型参数，首先列出类型参数的名称，后跟extends关键字，最后紧跟它的上界。

实例B：

下面的例子演示了”extends”如何使用在一般意义上的意思”extends”（类）或者”implements”（接口）。该例子中的泛型方法返回三个可比较对象的最大值。

Comparable<T>Java中用来对数据进行比较（排序）的接口。

public class MaximumTest
{
   // 比较三个值并返回最大值
   public static <T extends Comparable<T>> T maximum(T x, T y, T z)
   {                     
      T max = x; // 假设x是初始最大值
      if ( y.compareTo( max ) > 0 ){
         max = y; //y 更大
      }
      if ( z.compareTo( max ) > 0 ){
         max = z; // 现在 z 更大           
      }
      return max; // 返回最大对象
   }
   public static void main( String args[] )
   {
      System.out.printf( "%d, %d 和 %d 中最大的数为 %d\n\n",
                   3, 4, 5, maximum( 3, 4, 5 ) );
 
      System.out.printf( "%.1f, %.1f 和 %.1f 中最大的数为 %.1f\n\n",
                   6.6, 8.8, 7.7, maximum( 6.6, 8.8, 7.7 ) );
 
      System.out.printf( "%s, %s 和 %s 中最大的数为 %s\n","pear",
         "apple", "orange", maximum( "pear", "apple", "orange" ) );
   }
}

编译运行结果为：

泛型类

泛型类的声明和非泛型类的声明类似，除了在类名后面添加了类型参数声明部分。

和泛型方法一样，泛型类的类型参数声明部分也包含一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。因为他们接受一个或多个参数，这些类被称为参数化的类或参数化的类型。

实例：

public class Test<T>{
    private T t;

    public void add(T t){
        this.t = t;
    }

    public T get(){
        return t;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test<Integer> integerTest = new Test<Integer>();
        Test<String> stringTest = new Test<String>();

        integerTest.add(new Integer(10));
        stringTest.add(new String("sigma"));

        System.out.printf("整型值为 :%d\n\n", integerTest.get());
        System.out.printf("字符串为 :%s\n", stringTest.get());

    }
}

编译运行结果为：

类型通配符

1、类型通配符一般是使用 ? 代替具体的类型参数。例如 List<?> 在逻辑上是 **List<String>,List<Integer> 等所有 **List<具体类型实参>的父类。

实例：

import java.util.*;

public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        // ArrayList 类是一个可以动态修改的数组，与普通数组的区别就是它是没有固定大小的限制，我们可以添加或删除元素。
        List<String> name = new ArrayList<String>();
        List<Integer> age = new ArrayList<Integer>();
        List<Number> number = new ArrayList<Number>();

        name.add("sigma");
        age.add(42);
        number.add(768);

        getData(name);
        getData(age);
        getData(number);
    }

    public static void getData(List<?> data) {
        System.out.println("data:" + data.get(0));//get(0)是获取集合中的第一个元素         
    }
}

解析：

因为 getData() 方法的参数是 List<?> 类型的，所以 name，age，number 都可以作为这个方法的实参，这就是通配符的作用。

编译运行结果如下：

2、类型通配符上限通过形如List来定义，如此定义就是通配符泛型值接受Number及其下层子类类型。

实例：

import java.util.*;
 
public class Test {
     
    public static void main(String[] args) {
        List<String> name = new ArrayList<String>();
        List<Integer> age = new ArrayList<Integer>();
        List<Number> number = new ArrayList<Number>();
        
        name.add("sigma");
        age.add(42);
        number.add(768);
 
        //getUperNumber(name);//1
        getUperNumber(age);//2
        getUperNumber(number);//3
       
   }
 
   public static void getData(List<?> data) {
      System.out.println("data :" + data.get(0));
   }
   
   public static void getUperNumber(List<? extends Number> data) {
          System.out.println("data :" + data.get(0));
       }
}

解析： 在 //1 处会出现错误，因为 getUperNumber() 方法中的参数已经限定了参数泛型上限为 Number，所以泛型为 String 是不在这个范围之内，所以会报错。

编译运行结果为：

3、类型通配符下限通过形如 List<? super Number> 来定义，表示类型只能接受 Number 及其上层父类类型，如 Object 类型的实例。