继承 extends | 彩潭有鲤的札记

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继承

继承是面向对象编程中非常强大的一种机制，可以复用代码。Student从Person继承时，获得了Person的所有功能，我们只需要为Student编写新增的功能。

Java使用extends关键字来实现继承：

通过继承，Student只需要编写额外的功能，不再需要重复代码。

在OOP的术语中，Person称为超类(super class)，父类(parent class)，基类(base class)；Student称为子类(sub class)，扩展类(extended class)

继承树

我们在定义Person的时候，没有写extends。在Java中，没有明确写extends的类，编译器会自动加上extends Object。所以，任何类，除了Object，都会继承自某个类。

下图是Person、Student的继承树：

Java只允许一个class继承自一个类，因此，一个类有且仅有一个父类。只有Object特殊，它没有父类。

类似的，如果定义一个继承自Person的Teacher，它们的继承树关系如下：

protected

继承有个特点，就是子类无法访问父类的private字段或者private方法，这使得继承的作用被削弱了：

为了让子类可以访问父类的字段，需要把private改为protected ，protected修饰的字段可以被子类访问：

因此，protected关键字可以把字段和方法的访问权限控制在继承树内部，一个protected字段和方法可以被其子类，以及子类的子类所访问。

super

super关键字表示父类（超类），子类引用父类的字段时，可以用super.fieldName：

实际上，这里使用super.name，或者this.name，或者name，效果都是一样的。编译器会自动定位到父类的name字段。

但是，在某些时候，就必须使用super：

编译错误，在Student的构造方法中，无法调用Person的构造方法。

在Java中，任何class的构造方法，第一行语句必须是调用父类的构造方法。如果没有明确地调用父类的构造方法，编译器会自动加一句super();，所以，Student类的构造方法实际上是这样：

但是，Person类并没有无参数的构造方法，因此，编译失败。

解决方法是调用Person类存在的某个构造方法。例如：

这样就可以正常编译了！

因此：如果父类没有默认的构造方法，子类就必须显式调用super()并给出参数以便让编译器定位到父类的一个合适的构造方法。

这里还顺带引出了另一个问题：即子类不会继承任何父类的构造方法。子类默认的构造方法是编译器自动生成的，不是继承的。

阻止继承

正常情况下，只要某个class没有final修饰符，那么任何类都可以从该class继承。

从Java 15开始，允许使用sealed修饰class，并通过permits明确写出能够从该class继承的子类名称。

例如，定义一个Shape类：

上述Shape类就是一个sealed类，它只允许指定的3个类继承它。如果写：

是没问题的，因为Rect出现在Shape的permits列表中。但是，如果定义一个Ellipse就会报错：

原因是Ellipse并未出现在Shape的permits列表中。这种sealed类主要用于一些框架，防止继承被滥用。

sealed类在Java 15中目前是预览状态，要启用它，必须使用参数--enable-preview和--source 15。

向上转型

如果一个引用变量的类型是Student，那么它可以指向一个Student类型的实例：

如果一个引用类型的变量是Person，那么它可以指向一个Person类型的实例：

现在问题来了：如果Student是从Person继承下来的，那么，一个引用类型为Person的变量，能否指向Student类型的实例？

这种指向是允许的！

Student继承自Person，因此，它拥有Person的全部功能。Person类型的变量，如果指向Student类型的实例，对它进行操作，是没有问题的！

这种把一个子类类型安全地变为父类类型的赋值，被称为向上转型（upcasting）。

向上转型实际上是把一个子类型安全地变为更加抽象的父类型：

注意到继承树是Student > Person > Object，所以，可以把Student类型转型为Person，或者更高层次的Object。

向下转型

和向上转型相反，如果把一个父类类型强制转型为子类类型，就是向下转型（downcasting）

Person类型p1实际指向Student实例，Person类型变量p2实际指向Person实例。在向下转型的时候，把p1转型为Student会成功，因为p1确实指向Student实例，把p2转型为Student会失败，因为p2的实际类型是Person，不能把父类变为子类，因为子类功能比父类多，多的功能无法凭空变出来。

因此，向下转型很可能会失败。失败的时候，Java虚拟机会报ClassCastException。

为了避免向下转型出错，Java提供了instanceof操作符，可以先判断一个实例究竟是不是某种类型：

instanceof实际上判断一个变量所指向的实例是否是指定类型，或者这个类型的子类。如果一个引用变量为null，那么对任何instanceof的判断都为false。

利用instanceof，在向下转型前可以先判断：

从Java 14开始，判断instanceof后，可以直接转型为指定变量，避免再次强制转型。例如，对于以下代码：

可以改写如下：

区分继承和组合

在使用继承时要注意逻辑一致性，考察下面的Book类：

这个Book类也有name字段，那么能不能让Student继承自Book呢？

显然，从逻辑上讲，这是不合理的，Student不应该从Book继承，而应该从Person继承。

究其原因，是因为Student是Person的一种，它们是is关系，而Student并不是Book。实际上Student和Book的关系是has关系。

具有has关系不应该使用继承，而是使用组合，即Student可以持有一个Book实例：

因此，继承是is关系，组合是has关系。