Java基础-封装和继承

一. 封装

那封装是什么呢？

在面向对象程式设计方法中，封装（英语：Encapsulation）是指一种将抽象性函式接口的实现细节部分包装、隐藏起来的方法。

1.1 封装的目的

• 直接通过操控类对象来达到目的，不需要对具体实现十分了解，使类属性和方法的具体实现对外不可见。不但方便还起到了保护作用。
• 封装最主要的功能在于我们能修改自己的实现代码，而不用修改那些调用我们代码的程序片段。
• 适当的封装可以让程式码更容易理解与维护，也加强了程式码的安全性。

1.2 封装的好处

• 良好的封装能够减少耦合。
• 类内部的结构可以自由修改。
• 可以对成员变量进行更精确的控制。
• 隐藏信息，实现细节。

1.3 封装的步骤

修改属性的可见性来限制对属性的访问（一般限制为private），例如：

public class Person {
    private String name ; // 姓名
    private String gender ; // 性别
    private int age; // 年龄
}

这段代码中，将 name 、sex和 age 属性设置为私有的，只能本类才能访问，其他类都访问不了，如此就对信息进行了隐藏。

对每个值属性提供对外的公共方法访问，也就是创建一对赋取值方法，用于对私有属性的访问，例如：

public class Person {
    private String name ; // 姓名
    private String gender ; // 性别
    private int age; // 年龄
    public void setName(String name) {
      	this.name = name;
    }
    public String getName() {
      	return name;
    }
	public void setGender(String gender) {
        this.gender = gender;
    }
    public String gender(){
        return gender;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public int getAge() {
      	return age;
    }
}

采用 this 关键字调用本类中的属性，也就是类中的成员变量。主要为了解决实例变量（private String name）和局部变量（setName(String name)中的name变量）之间发生的同名的冲突。

1.4 封装的例子

创建一个用户类User:

• 代码如下：

package com.nz.pojo;
public class User {
    private String username; // 用户名
    private String password; // 密码
    public String getUsername() {
        return username;
    }
    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }
    public String getPassword() {
        return password;
    }
    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }
}

• 编写测试User的demo：EncapsulationDemo

代码如下：

package com.nz;
import com.nz.pojo.User;
public class EncapsulationDemo {
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User();
        user.setUsername("太子爷哪吒");
        user.setPassword("520");
        System.out.println("username: " + user.getUsername() + "-----------"
                            + "password: " + user.getPassword());
    }
}

执行结果如下：

username:太子爷哪吒-----------password520

1.5 小结

封装实际上是将类的某些信息隐藏在类的内部，不允许外部程序直接访问，而是通过该类提供的方法来实现对隐藏信息的访问和操作。就是把我们想提供给外界的一些方法给暴露出来，以便外界能调用到我们。

二. 继承

2.1 继承的介绍

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。描述的是事物之间的所属关系，这种关系是：is-a 的关系。

继承：就是子类继承父类的属性和行为，使得子类对象（实例）可以直接具有与父类相同的属性、相同的行为。子类可以直接访问父类中的非私有的属性和行为。

2.2 生活中的继承

兔子和长颈鹿属于食草动物类，老虎和狮子属于食肉动物类。而食草动物和食肉动物又是属于动物类。

那是不是兔子、长颈鹿、老虎、狮子都属于动物类呢？答案是没错滴！虽然食草动物和食肉动物都是属于动物，但是两者的属性和行为上有差别，所以子类会具有父类的一般特性也会具有自身的特性。我们就可以再多个类中存在相同属性和行为时，我们可以将这些内容抽取到单独一个类中，那么多个类无需再定义这些属性和行为，只要继承那一个类即可。

2.3 继承的好处

1. 提高代码的复用性（减少代码冗余，相同代码重复利用）。
2. 使类与类之间产生了关系。
3. 子类拥有父类非 private 的属性、方法。
4. 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。
5. 子类可以用自己的方式实现父类的方法。
6. 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）。
7. 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。

2.4 继承的格式

在Java当中会通过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 {
}

需要注意一点： Java 不支持多继承，但支持多重继承。就如下：

class A {
}
class B extends A {   (对的)
}
class C extends A, B {  （错的）
}
class C extends B {   （对的）
}

顶层父类是Object类。所有的类默认继承Object，作为父类。

2.5 继承的demo

• 编写一个父类极其对应的子类信息

结构如下：

代码如下：

父类Person：

package com.nz.pojo;
public class Person {
    private String name ;
    private int age ;
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

子类Student没有额外的属性和方法：

package com.nz.pojo;
/**
 * 继承了Person特有的name, age，
 * 没有额外的独有属性和方法
 */
public class Student extends Person{
}

子类Teacher多了一个工资的属性和独有的教书方法：

package com.nz.pojo;
/**
 * 继承了Person特有的name, age，
 * 多了自己独有的工资属性还有独有的教书方法
 */
public class Teacher extends Person{
    // 工资
    private double salary ;
    // 特有方法
    public void teach(){
        System.out.println("老师在认真教书！");
    }
    public double getSalary() {
        return salary;
    }
    public void setSalary(double salary) {
        this.salary = salary;
    }
}

编写测试代码：

package com.nz;
import com.nz.pojo.Student;
import com.nz.pojo.Teacher;
public class InheritDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Teacher teacher = new Teacher();
        teacher.setName("太子爷哪吒");
        teacher.setAge(18);
        teacher.setSalary(1999.99);
        System.out.println(teacher.getName());
        System.out.println(teacher.getAge());
        System.out.println(teacher.getSalary());
        teacher.teach();
        Student student = new Student();
        student.setName("哪吒");
        student.setAge(12);
        //student.setSalary(1999.99); // student没有工资属性，报错！
        System.out.println(student.getName());
        System.out.println(student.getAge());
    }
}

结果如下：

太子爷哪吒
18
1999.99
老师在认真教书！
哪吒
12

从结果来看，子类继承父类，就可以直接得到父类的成员变量和方法。而子类可以编写一些特有的属性和方法，但是是否可以继承所有成分呢？

2.6 子类不能继承的内容

并不是父类的所有内容都可以给子类继承的：

2.6.1 super 与 this 关键字

这里先将这两个关键字，super和this在继承关系中，运用比较频繁。

• 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：指向自己本类的引用。

super和this完整的用法如下：

this.成员变量    	--    本类的
super.成员变量    	--    父类的
this.成员方法名()  	--    本类的    
super.成员方法名()   --    父类的

具体演示，创建测试InheritDemo2：

package com.nz;
public class InheritDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Animal a = new Animal();
        a.eat();
        Cat cat = new Cat();
        cat.eatFish();
    }
}
class Animal {
    void eat() {
        System.out.println("animal : eat");
    }
}
class Cat extends Animal {
    void eat() {
        System.out.println("cat : eat");
    }
    void eatFish() {
        this.eat();   // this 调用自己的方法
        super.eat();  // super 调用父类方法
    }
}

调用结果如下：

animal : eat
cat : eat
animal : eat

注意：

子类的每个构造方法中均有默认的super()，调用父类的空参构造。手动调用父类构造会覆盖默认的super()。

super() 和 this() 都必须是在构造方法的第一行，所以不能同时出现。

2.6.2 构造器不能被继承

• 子类不能继承父类的构造器（构造方法或者构造函数），它只是调用（隐式或显式）。因为子类有自己的构造器。值得注意的是子类可以继承父类的私有成员（成员变量，方法），只是子类无法直接访问而已，可以通过getter/setter方法访问父类的private成员变量。
• 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。

演示过程：

package com.nz;
public class InheritDemo3  {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("------Teacher 类继承------");
        Teacher teacher = new Teacher();
        Teacher teacher2 = new Teacher("张三");
        System.out.println("------Student 类继承------");
        Student student = new Student();
        Student student2 = new Student("张三三");
    }
}
// 父类
class Person {
    private String name;
    Person(){
        System.out.println("调用了父类的无参构造器: Person()");
    }
    Person(String name) {
        System.out.println("调用了父类的带参构造器: Person(String name)");
        this.name = name;
    }
}
// Teacher子类继承Person
class Teacher extends Person{
    private String name;
    Teacher(){
        // 自动调用父类的无参数构造器 因为会有默认super();
        System.out.println("Teacher");
    }
    public Teacher(String name){
        super("太子爷哪吒");  // 调用父类中带有参数的构造器
        System.out.println("Teacher(String name):"+name);
        this.name = name;
    }
}
// Student子类继承Person
class Student extends Person{
    private String name;
    Student(){
        super("heihei");  // 调用父类中带有参数的构造器
        System.out.println("SubClass2");
    }
    public Student(String name){ // 自动调用父类的无参数构造器
        System.out.println("Student(String name):"+name);
        this.name = name;
    }
}

结果如下：

------Teacher 类继承------
调用了父类的无参构造器: Person()
Teacher
调用了父类的带参构造器: Person(String name)
Teacher(String name):张三
------Student 类继承------
调用了父类的带参构造器: Person(String name)
SubClass2
调用了父类的无参构造器: Person()
Student(String name):张三三

2.6.3 final修饰的类不能被继承

final 关键字主要用在三个地方：变量、方法、类。

• 修饰类：表示该类不能被继承；
• 修饰方法：表示方法不能被重写；
• 修饰变量：表示变量只能一次赋值以后值不能被修改（常量）。

final 的特点：

• 对于一个 final 变量，如果是基本数据类型的变量，则其数值一旦在初始 化之后便不能更改；如果是引用类型的变量，则在对其初始化之后便不 能再让其指向另一个对象。
• 当用 final 修饰一个类时，表明这个类不能被继承。final 类中的所有成员 方法都会被隐式地指定为 final 方法。
• 使用 final 方法的原因有两个。第一个原因是把方法锁定，以防任何继承 类修改它的含义；第二个原因是效率。在早期的 Java 实现版本中，会将 final 方法转为内嵌调用。但是如果方法过于庞大，可能看不到内嵌调用 带来的任何性能提升（现在的 Java 版本已经不需要使用 final方法进行这些优化了）。类中所有的 private 方法都隐式地指定为 final。

我们测试下修饰类后到底能不能继承：

package com.nz;
public class InheritDemo4 {
}
// 父类
final class Fu {
    private String name;
}
//class Zi extends Fu{ // Cannot inherit from final 'com.nz.Fu' 会显示没办法继承Fu
//}

结果：可以看出来在被final修饰的Fu类没办法继承，而且在编译期间就会报错了，没办法通过运行。

2.7 方法重写

2.7.1 介绍

子类中出现与父类一模一样的方法时（返回值类型，方法名和参数列表都相同），会出现覆盖效果，也称为重写或者复写。声明不变，重新实现。

2.7.2 使用场景与案例

发生在子父类之间的关系。
子类继承了父类的方法，但是子类觉得父类的这方法不足以满足自己的需求，子类重新写了一个与父类同名的方法，以便覆盖父类的该方法。

写个测试案例：

package com.nz;
public class InheritDemo5 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建子类对象
        Cat lanMao = new Cat();
        // 调用父类继承而来的方法
        lanMao.run();
        // 调用子类重写的方法
        lanMao.sing();
    }
}
class Animal{
    public void sing(){
        System.out.println("动物都可以唱歌！");
    }
    public void run(){
        System.out.println("动物都可以跑！");
    }
}
class Cat extends Animal {
    public void sing(){
        System.out.println("我们一起学猫叫，一起喵喵喵！让我们一起撒个娇");
    }
}

运行结果：

动物都可以跑！
我们一起学猫叫，一起喵喵喵！让我们一起撒个娇

可以看出，蓝猫调用了重写后的sing方法。

2.7.2 @Override重写注解

• @Override：注解，重写注解校验！
• 这个注解标记的方法，就说明这个方法必须是重写父类的方法，否则编译阶段报错。
• 建议重写都加上这个注解，一方面可以提高代码的可读性，一方面可以防止重写出错！

加上后的子类代码形式如下：

class Cat extends Animal {
    // 声明不变，重新实现
    // 方法名称与父类全部一样，只是方法体中的功能重写了！
    @Override
    public void sing(){
        System.out.println("我们一起学猫叫，一起喵喵喵！让我们一起撒个娇");
    }
}

2.7.3 注意事项

• 方法重写是发生在子父类之间的关系。
• 子类方法覆盖父类方法，必须要保证权限大于等于父类权限。
• 子类方法覆盖父类方法，返回值类型、函数名和参数列表都要一模一样。

总结

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