《JAVA語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程》課件第4章

第4章繼承與接口4.1子類與父類4.2子類對(duì)象的構(gòu)造過(guò)程4.3成員變量隱藏與方法覆蓋4.4super關(guān)鍵字4.5上轉(zhuǎn)型對(duì)象4.6抽象類4.7接口4.8接口的回調(diào)

4.1子?類?與?父?類

在Java中，某個(gè)類可以從其他類中擴(kuò)展出來(lái)，這種從另一個(gè)類中派生出來(lái)的類稱之為子類。而被子類所派生的類稱之為超類或父類。繼承是一種從已有的類中創(chuàng)建新類的機(jī)制。利用繼承，可以先創(chuàng)建一個(gè)包含有公共屬性的抽象一般類，然后再在這個(gè)抽象一般類的基礎(chǔ)上創(chuàng)建具有某些特殊屬性的子類。子類繼承了一般類的狀態(tài)和行為，然后再根據(jù)需要增加它自己新的狀態(tài)和行為。在Java中，除了所有類的公共父類Object以外，其他的類都有且只有一個(gè)直接的父類。這是因?yàn)镴ava是一種支持單繼承的語(yǔ)言，在Java中，一個(gè)類不能擁有兩個(gè)或兩個(gè)以上的直接父類。在沒(méi)有任何其他顯式聲明的直接父類的情況下，一個(gè)類被默認(rèn)為是Object類的子類。一個(gè)類的父類可以從另一個(gè)類中派生出來(lái)，正如同人類的族譜一樣。如果我們追尋一個(gè)類的繼承結(jié)構(gòu)，可以一直追尋這個(gè)類的父親，父親的父親，也即這個(gè)類的祖父……一直延伸下去，最終我們會(huì)發(fā)現(xiàn)繼承的鏈條會(huì)一直延伸到所有類的公共父類Object。無(wú)論子類位于哪個(gè)包中，都將會(huì)繼承其父類的所有public和protected的成員變量和成員方法。而如果子類和父類位于同一個(gè)包，它還會(huì)繼承父類的友好成員變量和友好成員方法。值得注意的是，子類是不能繼承父類的初始化方法的。關(guān)于初始化方法在類繼承中如何使用，我們將在后續(xù)章節(jié)中討論。在類的聲明中，使用關(guān)鍵字extends來(lái)聲明一個(gè)類是另外一個(gè)類的子類，例如：

classSonextendsFather{

…

}

聲明了類Son是Father類的子類。如果一個(gè)類的聲明中沒(méi)有使用關(guān)鍵字extends，這個(gè)類將會(huì)被默認(rèn)是所有類的公共父類Object的子類。

【例4-1】類繼承的例子。在這個(gè)例子里面，類Son是類Father的子類，而類GrandSon是類Son的子類。Father類中的成員變量house_1_area記錄了父親擁有的房子的面積；Son類中的成員變量house_2_area記錄了兒子擁有的房子的面積；Grandson類中的成員變量house_3_area記錄了孫子擁有的房子的面積。在測(cè)試類ExtendTest中，我們新建了一個(gè)GrandSon類的實(shí)例gs，通過(guò)gs，我們分別調(diào)用了屬于父親的print_house_1_area方法、屬于兒子的print_house_2_area方法以及屬于孫子他自己的print_house_3_area方法，把祖孫三代的屋子的面積都打印了出來(lái)。注意GrandSon類中只聲明了print_house_3_area方法，其余兩個(gè)方法都是從Father類和Son類那里繼承下來(lái)的。在這個(gè)例子中我們用了另外一個(gè)關(guān)鍵字super，關(guān)于super我們將在后續(xù)章節(jié)加以說(shuō)明。程序運(yùn)行結(jié)果如圖4.1所示。圖4.1例4-1的運(yùn)行結(jié)果

4.2子類對(duì)象的構(gòu)造過(guò)程

在例4-1中，我們看到子類GrandSon的對(duì)象實(shí)例不僅擁有他自己的成員變量house_3_area，也繼承了直接父類Son和祖先類Father的成員變量house_2_area和house_1_area。那么這些成員變量所擁有的內(nèi)存空間是如何分配的呢？當(dāng)用子類的初始化方法創(chuàng)建一個(gè)子類的實(shí)例對(duì)象時(shí)，這個(gè)子類聲明的所有成員變量都被分配了內(nèi)存空間，它的直接父類和所有的祖先類的成員變量也都被分配了內(nèi)存空間。但是正如我們前面所提到的，即使在同一個(gè)包中，子類也不能繼承父類對(duì)象中那些私有的成員變量和成員方法。那么是否意味著一個(gè)子類的直接父類和所有的祖先類中的私有成員變量，雖然被分配了內(nèi)存空間，但是子類卻無(wú)法使用它們呢？實(shí)際情況并非如此。盡管子類實(shí)例對(duì)象無(wú)法使用那些父類中的私有成員變量，但是它卻可以通過(guò)調(diào)用從父類繼承下來(lái)的方法，間接訪問(wèn)那些父類中的私有成員變量。

【例4-2】在這個(gè)例子中，子類通過(guò)調(diào)用它從父類繼承下來(lái)的方法，操作父類中未被子類繼承卻被分配了內(nèi)存空間的私有成員變量。

classFather{

privateinthouse_1_area;

publicFather(inth1a){

house_1_area=h1a;

}

publicintget_house_1_area(){

returnhouse_1_area;

}

}

classSonextendsFather{

privateinthouse_2_area;

publicSon(inth1a,inth2a){

super(h1a);

house_2_area=h2a;

}

publicintget_house_2_area(){

returnhouse_2_area;

}

}

classGrandSonextendsSon{

privateinthouse_3_area;

publicGrandSon(inth1a,inth2a,inth3a){

super(h1a,h2a);

house_3_area=h3a;

}

publicintget_house_3_area(){

returnhouse_3_area;

}

}

publicclassExtendTest2{

publicstaticvoidmain(String[]args){

GrandSongs=newGrandSon(60,90,120);

System.out.println(“Theareaoffather‘shouseis”+gs.get_house_1_area());

System.out.println(“Theareaoffather’shouseis"+gs.get_house_2_area());

System.out.println("Theareaoffather'shouseis"+gs.get_house_3_area());

}

}

程序運(yùn)行結(jié)果和例4-1的運(yùn)行結(jié)果相同，也如圖4.1所示。

4.3成員變量隱藏與方法覆蓋

在一個(gè)子類中，如果存在與父類成員變量名字相同的成員變量，同名的父類成員變量會(huì)被隱藏，即使它們的類型不同，也即子類重新聲明定義了這個(gè)成員變量。一旦子類通過(guò)重新定義聲明隱藏了父類的同名成員變量，就不能在子類中直接訪問(wèn)父類的這個(gè)同名成員變量。但是子類仍然可以通過(guò)從父類繼承的方法，操作那些被隱藏的父類成員變量。

【例4-3】在這個(gè)例子中，子類Son通過(guò)聲明一個(gè)double類型的成員變量house_area，隱藏了父類Father中的同名整型變量。盡管如此，在子類中仍然可以通過(guò)調(diào)用父類的公有方法print_father_house_area來(lái)訪問(wèn)被隱藏的父類同名整型變量。

classFather{

inthouse_area=100;

publicvoidprint_father_house_area(){

System.out.println(“Theareaoffather‘shouseis”+house_area);

}

}程序運(yùn)行結(jié)果如圖4.2所示。圖4.2例4-3的運(yùn)行結(jié)果

如果在子類中定義一個(gè)方法，這個(gè)方法的名字、返回類型、參數(shù)個(gè)數(shù)和類型與從父類繼承下來(lái)的方法完全相同，則子類中的方法就覆蓋了父類中的方法。子類通過(guò)方法的覆蓋可以把父類的內(nèi)部狀態(tài)和對(duì)外的行為更改為自己的內(nèi)部狀態(tài)和對(duì)外的行為。值得注意的是，覆蓋父類的方法時(shí)，不可以降低被覆蓋方法的訪問(wèn)權(quán)限。假設(shè)父類中某個(gè)方法的訪問(wèn)權(quán)限是protected的，那么子類中的覆蓋方法可以定義為public和protected，但是不能定義為private或友好的。

【例4-4】在這個(gè)例子中，子類Son通過(guò)覆蓋父類的公有方法print_house_area，輸出了自己新定義的double類型成員變量houst_area的值。

classFather{

inthouse_area=100;

publicvoidprint_house_area(){

System.out.println(“Theareaoffather‘shouseis”+house_area);

}

}程序運(yùn)行結(jié)果如圖4.3所示。圖4.3例4-4的運(yùn)行結(jié)果如果希望類中的某些方法不能夠被子類中的方法所覆蓋，可以把它們聲明為final。所有類的公共父類Object類就是這樣做的，它的以下方法：

(1)?publicfinalClass<?>getClass();

(2)?publicfinalvoidnotify();

(3)?publicfinalvoidnotifyAll();

(4)?publicfinalvoidwait(longtimeout);

(5)?publicfinalvoidwait(longtimeout,intnanos);

(6)?publicfinalvoidwait();都被final關(guān)鍵字所修飾。這是因?yàn)檫@些方法都和Java虛擬機(jī)的核心實(shí)現(xiàn)有關(guān)，不允許被它的子類進(jìn)行修改。特別是后五個(gè)方法，它們都是和線程同步相關(guān)的方法。線程同步相關(guān)的實(shí)現(xiàn)和操作系統(tǒng)有很大的關(guān)系，在Java平臺(tái)中，這些方法是使用操作系統(tǒng)本地編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，因此不能在Java運(yùn)行時(shí)環(huán)境中進(jìn)行重新定義。除了把類中的一些方法聲明為final，還可以聲明整個(gè)類為final。一個(gè)被final關(guān)鍵字修飾的類不能夠被繼承，也即不能夠有子類。有時(shí)候處于安全性的考慮，會(huì)將一些類聲明為final，比如Java.lang包中的String類。由于它涉及到字符串操作，對(duì)于Java編譯器和Java解釋器的正常運(yùn)行有很重要的作用，不允許被更改，因此它被聲明為final。

4.4super關(guān)鍵字

在Java中，關(guān)鍵字super有兩種用法，其中一種是子類方法通過(guò)super調(diào)用父類中被子類隱藏的成員變量和覆蓋的成員方法。從上一節(jié)中我們已經(jīng)知道，在一個(gè)子類中，與父類成員變量名字相同的成員變量會(huì)使同名的父類成員變量被隱藏，如果在子類中定義一個(gè)方法，這個(gè)方法的名字、返回類型、參數(shù)個(gè)數(shù)和類型與從父類繼承下來(lái)的方法完全相同，則子類中的方法就會(huì)覆蓋了父類中的方法。但是父類中被隱藏的成員變量和被覆蓋的成員方法仍然可以通過(guò)super關(guān)鍵字來(lái)訪問(wèn)。例如在例4-4的子類Son中，如果使用以下語(yǔ)句：

super.house_area=120;

super.print_house_area();

就可以分別調(diào)用父類Father中被子類Son隱藏的成員變量house_area和覆蓋的成員方法print_house_area()。

【例4-5】在這個(gè)例子中，子類Son使用super調(diào)用父類中被隱藏的成員變量和被覆蓋的成員方法。

classFather{

inthouse_area=100;

publicvoidprint_house_area(){

System.out.println(“Theareaoffather‘shouseis”+house_area);

}

}程序運(yùn)行結(jié)果如圖4.4所示。圖4.4例4-5的運(yùn)行結(jié)果另一種是子類的初始化方法中使用super調(diào)用父類的初始化方法。我們前面也提到了，子類不繼承父類的初始化方法。但是如果在子類的初始化方法中沒(méi)有顯式的調(diào)用父類的初始化方法，那么Java編譯器將會(huì)自動(dòng)的在調(diào)用子類的初始化方法之前調(diào)用父類的無(wú)參初始化方法完成對(duì)父類中成員變量的初始化，而不管這些成員變量是否被子類所繼承。如果父類中沒(méi)有提供無(wú)參的初始化方法，編譯時(shí)就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。假如子類想顯式的調(diào)用父類中的某一個(gè)初始化方法，則必須在子類的初始化方法的第一條語(yǔ)句中使用super關(guān)鍵字調(diào)用父類的初始化方法。比如：

super()；調(diào)用父類的無(wú)參初始化方法。

super(a，b)；調(diào)用父類的帶有兩個(gè)參數(shù)的初始化方法，把實(shí)參a和b傳遞進(jìn)去。

值得注意的是，無(wú)論子類的初始化方法顯式或隱式的調(diào)用父類的初始化方法，都會(huì)導(dǎo)致父類的某個(gè)初始化方法被執(zhí)行。而如果這個(gè)父類也有自己的父類的話，它的父類的初始化方法也會(huì)被執(zhí)行。因此在整一個(gè)繼承樹(shù)上，從葉子節(jié)點(diǎn)一直追溯到根節(jié)點(diǎn)，也即Object類，會(huì)有一系列的存在相互繼承關(guān)系的類的初始化方法被調(diào)用。舉一個(gè)例子，如果某一個(gè)類A一直追溯到Object類有20個(gè)直接或間接的祖先，那么初始化一個(gè)類A的對(duì)象實(shí)例就需要連續(xù)執(zhí)行20個(gè)類的初始化方法。當(dāng)繼承關(guān)系非常復(fù)雜的時(shí)候，對(duì)象實(shí)例的初始化將會(huì)消耗大量的系統(tǒng)資源，導(dǎo)致程序執(zhí)行效率的降低。

【例4-6】在這個(gè)例子中，子類Son在它的初始化方法中使用super調(diào)用了父類的初始化方法。

classFather{

inthouse_area;

publicFather(intha){

house_area=ha;

}

publicvoidprint_house_area(){

System.out.println(“Theareaoffather‘shouseis”+house_area);

}

}程序運(yùn)行結(jié)果如圖4.5所示。圖4.5例4-6的運(yùn)行結(jié)果4.5上?轉(zhuǎn)?型?對(duì)?象

在現(xiàn)實(shí)世界中，我們可以經(jīng)?？吹筋惱^承和類抽象關(guān)系的實(shí)際例子。比如“人”有很多種職業(yè)，比如“工人”、“農(nóng)民”、“軍人”和“警察”等。我們可以說(shuō)“工人是人”，“農(nóng)民是人”，也即我們可以把這些不同職業(yè)的人的公共屬性抽象出來(lái)，封裝成一個(gè)更高級(jí)的類“人”。當(dāng)我們說(shuō)工人也是人的時(shí)候，強(qiáng)調(diào)的是人類所共有的屬性和功能，而不再關(guān)心工人作為一種職業(yè)相對(duì)于農(nóng)民和軍人等其它職業(yè)所特有的屬性和功能。在面向?qū)ο蟮木幊谈拍钪?，假如我們有一個(gè)工人類Worker，它是Person類的子類。當(dāng)我們用Worker類創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，并把指向這個(gè)對(duì)象實(shí)體的引用保存在一個(gè)Person類的對(duì)象變量中的時(shí)候，如以下代碼所示：

Personp=newWorker()；

我們就稱對(duì)象變量p為子類Worker的對(duì)象實(shí)體的上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量。上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量所引用的對(duì)象實(shí)體是由子類負(fù)責(zé)創(chuàng)建的。這個(gè)對(duì)象實(shí)體在創(chuàng)建時(shí)使用的類模板和上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量的類模板不同，因此，上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量在使用時(shí)，會(huì)失去原對(duì)象實(shí)體的一些屬性和功能。上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量的使用具有如下特點(diǎn)：

(1)不能通過(guò)上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量訪問(wèn)子類對(duì)象實(shí)體中的成員變量和成員方法。這是因?yàn)樯限D(zhuǎn)型對(duì)象變量通過(guò)父類模板去尋找對(duì)應(yīng)的成員變量名和成員方法名，而父類模板中并沒(méi)有包含子類模板中定義的成員變量和成員方法。

(2)子類對(duì)象實(shí)體中繼承的父類成員變量和成員方法，以及子類對(duì)象實(shí)體中重寫的父類成員方法，都可以通過(guò)上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量訪問(wèn)。需要注意的是，如果通過(guò)上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量訪問(wèn)子類對(duì)象實(shí)體重寫的父類成員方法，所執(zhí)行的代碼是子類中重寫的方法體。這是因?yàn)楸M管上轉(zhuǎn)型對(duì)象通過(guò)父類模板去尋找對(duì)應(yīng)的成員方法名，但是通過(guò)這個(gè)方法名所執(zhí)行的代碼卻是子類對(duì)象實(shí)體中重寫過(guò)的方法體。

(3)可以通過(guò)上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量訪問(wèn)父類中被子類隱藏的成員變量。這也是因?yàn)樯限D(zhuǎn)型對(duì)象變量通過(guò)父類模板去尋找對(duì)應(yīng)的成員變量，它所找到的正是父類中被子類隱藏的成員變量。

(4)可以通過(guò)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換將一個(gè)上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量轉(zhuǎn)換為一個(gè)子類對(duì)象變量。這樣新的子類對(duì)象變量又重新?lián)碛凶宇惖乃袑傩院凸δ堋?/p>

【例4-7】在這個(gè)例子中，我們借用了例4-6中的Son和Father類的代碼。在測(cè)試類的main方法中，我們初始化了一個(gè)Son類的對(duì)象實(shí)體，并把它的引用復(fù)制給Father類的上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量fvar。通過(guò)fvar我們能訪問(wèn)子類重寫的方法print_house_area以及父類中本來(lái)被覆蓋掉的成員變量house_area。再把fvar通過(guò)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換變換為Son類型的對(duì)象變量svar后，我們能夠訪問(wèn)子類重寫的方法print_house_area以及子類中把父類同名成員變量覆蓋掉的成員變量house_area。程序運(yùn)行結(jié)果如圖4.6所示。圖4.6例4-7的運(yùn)行結(jié)果如果一個(gè)類有很多子類，并且這些類都重寫了父類中的某個(gè)實(shí)例方法，把這些子類的對(duì)象實(shí)體的引用分別賦值給父類的一個(gè)對(duì)象變量。從上述可知，這個(gè)對(duì)象變量就是這些子類的對(duì)象實(shí)體的上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量。通過(guò)這個(gè)上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量訪問(wèn)那個(gè)實(shí)例方法時(shí)，所調(diào)用的就是子類重寫后的實(shí)例方法體。這在面向?qū)ο缶幊谈拍钪惺且环N多態(tài)性的表現(xiàn)。與繼承有關(guān)的多態(tài)性指的是父類的某個(gè)實(shí)例方法被其子類重寫時(shí)，可以產(chǎn)生不同的功能行為，也即同一個(gè)操作被不同類型的對(duì)象實(shí)體調(diào)用時(shí)可能產(chǎn)生不同的行為。舉例來(lái)說(shuō)，抽象的類模型“人”可能有一個(gè)方法“工作”，對(duì)于它的子類而言，“工人”的工作是在車間勞作，“農(nóng)民”的工作是在田間耕作，而“警察”的工作是在維護(hù)治安。

【例4-8】在這個(gè)例子中，父類Person有一個(gè)方法working，它的三個(gè)子類Worker、Peasant和Policeman分別重寫了它的working方法。在測(cè)試類的main方法中，創(chuàng)建了三個(gè)子類的實(shí)體并把它們分別復(fù)制給Person類的實(shí)例對(duì)象變量person。通過(guò)person分別調(diào)用working方法，我們可以看到不同的輸出。程序運(yùn)行結(jié)果如圖4.7所示。圖4.7例4-8的運(yùn)行結(jié)果4.6抽象類

抽象類就是被關(guān)鍵字abstract修飾的類。抽象類不能直接使用new操作符進(jìn)行實(shí)例化，但是能夠使用一個(gè)抽象類的對(duì)象變量存放它的具體化子類實(shí)體的引用。抽象類中可能包含也可能不包含抽象方法。所謂抽象方法，就是abstract關(guān)鍵字修飾的方法。抽象方法只有聲明，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，也即是說(shuō)在抽象方法的聲明后沒(méi)有大括號(hào)括起來(lái)的方法體，后面直接跟分號(hào)。例如：

abstractvoidworking();定義了一個(gè)抽象方法working，它只有方法聲明，沒(méi)有方法體，后面直接跟著分號(hào)。如果一個(gè)類中包含有抽象方法，則該類本身必須被關(guān)鍵字abstract修飾。抽象類的子類需要提供抽象類中抽象方法的具體實(shí)現(xiàn)，如果子類沒(méi)能提供父類中所有抽象方法的實(shí)現(xiàn)，那么它也是一個(gè)抽象類，必須被關(guān)鍵字abstract修飾。

【例4-9】抽象類的例子。在這個(gè)例子中，父類Person是一個(gè)抽象類，它擁有一個(gè)抽象方法working。它的三個(gè)子類Worker、Peasant和Policeman分別具體化實(shí)現(xiàn)了它的working抽象方法。在這個(gè)例子中我們可以看到，抽象類的對(duì)象變量可以充當(dāng)其具體化的子類對(duì)象實(shí)體的上轉(zhuǎn)型對(duì)象變量。

4.7接口

Java不支持多重繼承，也即一個(gè)類只能有一個(gè)父類。單繼承性使得Java語(yǔ)言體系變得更為簡(jiǎn)單，但是單繼承性也使得Java缺乏C++?中多重繼承具有的靈活性。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Java語(yǔ)言提供了一種新的語(yǔ)言特性，就是接口，接口提供了多重繼承的一種替代方式。在Java中，一個(gè)類只能繼承一個(gè)父類，但是它可以實(shí)現(xiàn)多重接口。因此，一個(gè)對(duì)象可以通過(guò)提供多重接口來(lái)獲得多重類型：它所對(duì)應(yīng)的類模板的類型，它通過(guò)單繼承獲得的繼承樹(shù)上的各個(gè)祖先的類型，以及它和它的各個(gè)祖先實(shí)現(xiàn)的所有接口的類型。所以，接口是Java中一個(gè)非常重要的語(yǔ)言特性。

Java中的接口是一種和抽象類非常類似的引用類型。接口使用關(guān)鍵字interface來(lái)聲明。接口中只能包含常量、方法聲明，而不能包含方法體。接口只能用于聲明變量，而不能實(shí)例化。接口只能被某個(gè)類實(shí)現(xiàn)或被其它接口所繼承。

定義接口的格式如下：

interface接口的名字{

……

}比如下面的例子定義了一個(gè)接口Workable，它包含有一個(gè)整型的常量WORKDAY_MAX和對(duì)外的的接口方法working()。注意working()方法只有方法聲明，沒(méi)有方法體。

publicinterfaceWorkable{

finalintWORKDAY_MAX=5;

voidworking();

}一個(gè)類通過(guò)使用關(guān)鍵字implements聲明自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)接口，如果一個(gè)類要實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口，則用逗號(hào)隔開(kāi)接口的名字。例如Worker類繼承了Person類，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)接口Workable和Playable。

publicclassWorkerextendsPersonimplements

Workable,Playable{

…

}需要注意的是，接口中的方法默認(rèn)都是public和abstract的，因此接口在聲明方法時(shí)可以省略掉方法前面的public和abst