Java：继承和多态（必会知识点整理）

主要内容

1. 继承
2. 多态
3. 向上转型
4. 向下转型
5. 方法重写
6. 方法重载
7. super关键字
8. 动态绑定
9. 封装访问控制
10. 构造方法规则

一、继承

1. 概念：

一句话说就是：“共性抽取，代码复用”

• 1. 子类会将父类中的成员变量或者成员方法继承到子类中
• 2. 子类继承父类之后，必须要新添加自己特有的成员，体现出与基类的不同，否则就没有必要继承了

2. 语法：

(1) extends

修饰符 class 子类 extends 父类{
	//...
}

(2) 父类成员访问：

访问1：子类中访问父类的成员变量

• 1. 子类和父类不存在同名成员变量
  • 正常访问
• 2. 子类和父类成员变量同名

  循就近原则，自己有优先自己的，如果没有则向父类中找。

  • 如果访问的同名成员变量子类中有，优先访问子类自己的成员变量。

  • 如果访问的成员变量子类中无，则访问父类继承下来的，如果父类也没有定义，则编译报错。

  • 如果访问的成员变量与父类中成员变量同名，则优先访问自己的

访问2：子类中访问父类的成员方法

• 成员方法名字不同

  • 成员方法没有同名时，在子类方法中或者通过子类对象访问方法时，则优先访问自己的，自己没有时再到父类中找，如果父类中也没有则报错。

• 成员方法名字相同

  class Parent {
      void show(int x) { 
          System.out.println("Parent:int"); 
      }
  }
  
  class Child extends Parent {
      void show(String s) { 
          System.out.println("Child:String"); 
      } // 重载
      
      void demo() {
          show(10);    // 调用父类方法
          show("hello"); // 调用子类重载方法
      }
  }
  

  • 通过子类对象访问父类与子类中不同名方法时，优先在子类中找，找到则访问，否则在父类中找，找到则访问，否则编译报错。
  • 通过子类对象访问父类与子类同名方法时，如果父类和子类同名方法的参数列表不同(重载)，根据调用方法适传递的参数选择合适的方法访问，如果没有则报错

class Base {
    int a = 10;
    String b = "父类";
    void methodA() { System.out.println("父类方法A"); }
}

class Derived extends Base {
    int a = 20; // 同名成员变量
    void methodA() { System.out.println("子类重写方法A"); } // 方法重写
    void methodB() { System.out.println("子类特有方法B"); }
    
    void test() {
        System.out.println(a);        // 输出20（就近原则）
        System.out.println(super.a); // 输出10（显式访问父类）
        methodA();                   // 调用子类重写方法
        super.methodA();              // 调用父类被覆盖方法
    }
}

3. super

• 在子类方法中访问父类的成员。

  • 只能在==非静态方法==中使用

  • 在子类方法中，访问父类的成员变量和方法。

  • super和 this:

    class Animal {
        String type = "Animal";
    }
    
    class Cat extends Animal {
        String type = "Cat";
        
        void print() {
            System.out.println(this.type);   // Cat（当前对象成员）
            System.out.println(super.type);  // Animal（父类成员）
        }
    }
    

    • 1. this是当前对象的引用，当前对象即调用实例方法的对象，super相当于是子类对象中从父类继承下来部分成员的引用
    • 2. 在非静态成员方法中，this用来访问本类的方法和属性，super用来访问父类继承下来的方法和属性
    • 3. 在构造方法中：this(...)用于调用本类构造方法，super(...)用于调用父类构造方法，两种调用不能同时在构造方法中出现
    • 4. 子类构造方法中一定会存在super(...)的调用，用户没有写编译器也会增加，但是this(...)用户不写则没有

4. 子类构造方法:

子类对象构造时，需要先调用基类构造方法，然后执行子类的构造方法。

• 在构造子类对象时候 ，先要调用基类的构造方法，将从基类继承下来的成员构造完整，然后再调用子类自己的构造方法，将子类自己新增加的成员初始化完整

class Person {
    String name;
    Person(String name) { 
        this.name = name; 
        System.out.println("Person构造");
    }
}

class Student extends Person {
    int id;
    Student(String name, int id) {
        super(name); // 必须第一行！
        this.id = id;
        System.out.println("Student构造");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Student s = new Student("张三", 1001);
    }
}

输出：

Person构造
Student构造

• 注意：

  • 1. 若父类显式定义无参或者默认的构造方法，在子类构造方法第一行默认有隐含的super()调用，即调用基类构造方法
  • 2. 如果父类构造方法是带有参数的，此时需要用户为子类显式定义构造方法，并在子类构造方法中选择合适的父类构造方法调用，否则编译失败。
  • 3. 在子类构造方法中，super(...)调用父类构造时，必须是子类构造函数中第一条语句。并且只能出现一次。
  • 4. super(...)只能在子类构造方法中出现一次，并且不能和this同时出现

二、封装

（只针对Java，不同语言有些许差异）

三、多态

一句话说就是：完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同 的状态。

(1) 重写(override)：

• 也称为覆盖。重写是子类对父类非静态、非private修饰，非final修饰，非构造方法等的实现过程进行重新编写, 返回值和形参都不能改变。即外壳不变，核心重写！

• 注意：

  • 子类在重写父类的方法时，一般必须与父类方法原型一致： 返回值类型 方法名 (参数列表) 要完全一致

  • 被重写的方法返回值类型可以不同，但是必须是具有父子关系的

  • 访问权限不能比父类中被重写的方法的访问权限更低。例如：如果父类方法被public修饰，则子类中重写该方法就不能声明为 protected

  • 父类被static、private修饰的方法、构造方法都不能被重写。

  • 重写的方法, 可以使用 @Override 注解来显式指定. 有了这个注解能帮我们进行一些合法性校验. 例如不小心将方法名字拼写错了 (比如写成 aet), 那么此时编译器就会发现父类中没有 aet 方法, 就会编译报错, 提示无法构成重写.

(2) 重写和重载：

(3) 静态绑定和动态绑定：

• 静态绑定：也称为前期绑定(早绑定)，即在编译时，根据用户所传递实参类型就确定了具体调用那个方法。典型代表函数重载。

• 动态绑定：也称为后期绑定(晚绑定)，即在编译时，不能确定方法的行为，需要等到程序运行时，才能够确定具体调用那个类的方法。

(4) 多态实现条件：

• 1. 必须在继承体系下
• 2. 子类必须要对父类中方法进行重写
• 3. 通过父类的引用调用重写的方法

  父类类型 变量名 = new 子类对象();  
  变量名.方法(); // 实际调用的是子类重写的方法  
  

  class Animal {  
      void sound() { System.out.println("动物叫"); }  
  }  
  
  class Cat extends Animal {  
      @Override  
      void sound() { System.out.println("喵喵喵"); } // 重写  
  }  
  
  public class Main {  
      public static void main(String[] args) {  
          Animal a = new Cat(); // 向上转型  
          a.sound(); // 输出"喵喵喵"（动态绑定，执行子类方法）  
      }  
  }  
  

四、向上转移和向下转型：

1. 向上转型：

从小范围向大范围的转换

• 实际就是创建一个子类对象，将其当成父类对象来使用。

• 父类类型 对象名 = new 子类类型()

  Animal animal = new Cat("kitty",2)
  

• 使用：

  • 1. 直接赋值

       Animal cat = new Cat("kitty",2); //子类对象直接赋值给父类对象
       

  • 2. 方法传参

    public static void eatFood(Animal a){
    	a.eat();
    }
    

  • 3. 方法返回

        public static Animal getAnimal(String type) {
               if ("dog".equals(type)) {
                   return new Dog();  // 向上转型：Dog→Animal
               } else if ("bird".equals(type)) {
                   return new Bird(); // 向上转型：Bird→Animal
               }
               return new Animal();
           }
       

2. 向下转型（有风险）：

将父类引用再还原为子类对象，即向下转换

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Cat();  // 向上转型
        // 向下转型（必须先向上转！）
        if (animal instanceof Cat) {  // 安全检查
            Cat cat = (Cat) animal;   // 强制转换
            cat.catchMouse();        // 输出"猫抓老鼠"
        }
        // 错误示例：直接转型非子类对象（运行时抛出ClassCastException）
        // Animal dog = new Animal();
        // Cat wrongCat = (Cat) dog;  // 报错！
    }
}

注意：

• 必须通过 instanceof 检查安全性，避免 ClassCastException。
• 只有原本是子类对象的父类引用才能成功向下转型。