Java中繼承圖文詳解

java繼承與合成基本概念

繼承：可以基於已經存在的類別來建構一個新類別。繼承已經存在的類別就可以重複使用這些類別的方法和域。在此基礎上，可以新增新的方法和域，從而擴充了類別的功能。

合成：在新類別裡創造原有的物件稱為合成。這種方式可以重複利用現有的程式碼而不更改它的形式。

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1.繼承的語法

關鍵字extends表示新類別衍生於一個已經存在的類別。已存在的類別稱為父類別或基底類別，新類別稱為子類別或衍生類別。例如:

class Student extends Person {

}

類別Student繼承了Person，Person類別稱為父類別或基底類，Student類別稱為子類別或衍生類別。

2.合成的語法

合成比較簡單，就是在一個類別中創建一個已經存在的類別。

class Student {
    Dog dog;
}

上溯造型

#1.基本概念

##繼承的作用在於程式碼的複用。由於繼承意味著所有父類別的方法亦可在子類別中使用，所以發給父類別的訊息亦可發給衍生類別。如果Person類別中有一個eat方法，那麼Student類別中也會有這個方法，這表示Student物件也是Person的一種型別。

class Person {
    public void eat() {
        System.out.println("eat");
    }

    static void show(Person p) {
        p.eat();
    }
}
public class Student extends Person{
    public static void main(String[] args) {
        Student s = new Student();
        Person.show(s);     // ①
    }
}

【運行結果】：

eat

在Person中定義的show方法是用來接收Person句柄的，但是在①處接收的卻是Student物件的參考。這是因為Student物件也是Person物件。在show方法中，傳入的句柄(物件的參考)可以是Person物件以及Person的衍生類別物件。這種將Student句柄轉換成Person句柄的行為成為上溯造型。

2.為什麼要上溯造型

為什麼在呼叫eat是要有意忽略呼叫它的物件型別呢？如果讓show方法簡單地取得Student句柄似乎更直觀易懂，但是那樣會使衍生自Person類別的每一個新類別都要實現專屬自己的show方法：

class Value {
    private int count = 1;

    private Value(int count) {
        this.count = count;
    }

    public static final Value
            v1 = new Value(1),
            v2 = new Value(2),
            v3 = new Value(3);
}

class Person {

    public void eat(Value v) {
        System.out.println("Person.eat()");
    }
}

class Teacher extends Person {
    public void eat(Value v) {
        System.out.println("Teacher.eat()");
    }
}

class Student extends Person {
    public void eat(Value v) {
        System.out.println("Student.eat()");
    }
}

public class UpcastingDemo {
    public static void show(Student s) {
        s.eat(Value.v1);
    }

    public static void show(Teacher t) {
        t.eat(Value.v1);
    }

    public static void show(Person p) {
        p.eat(Value.v1);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Student s = new Student();
        Teacher t = new Teacher();
        Person p = new Person();
        show(s);
        show(t);
        show(p);
    }
}

這種做法一個很明顯的缺陷就是必須為每一個Person類別的衍生類別定義與之緊密相關的方法，產生了許多重複的程式碼。另一方面，對於如果忘記了方法的重載也不會報錯。上例中的三個show方法完全可以合併為一個：

public static void show(Person p) {
     p.eat(Value.v1);
}

動態綁定

當執行show(s)時,輸出結果是Student.eat()，這確實是希望得到的結果，但是似乎沒有按照我們希望的形式來執行，再來看一下show方法：

public static void show(Person p) {
     p.eat(Value.v1);
}

它接收的是Person句柄，當執行show(s)時，它是如何知道Person句柄指向的是一個Student物件而不是Teacher物件呢？編譯器是無從得知的，這牽涉到接下來要說明的綁定問題。

1.方法呼叫的綁定

將一個方法同一個方法主體連接在一起就稱為綁定(Binding)。若在運行運行前執行綁定，就稱為「早期綁定」。上面的例子中，在只有一個Person句柄的情況下，編譯器不知道要具體地呼叫哪個方法。 Java實作了一種方法呼叫機制，可在運行期間判斷物件的類型，然後呼叫對應的方法，這種方法在運行期間進行，以物件的類型為基礎的綁定稱為動態綁定。除非一個方法被宣告為final，Java中的所有方法都是動態綁定的。

用一張圖表示上溯造型的繼承關係：

#用程式碼概括為：

Shape s = new Shape();

依照繼承關係，將創建的Circle物件句柄賦給一個Shape是合法的，因為Circle屬於Shape的一種。

當呼叫其中一個基礎類別方法時：

Shape s = new Shape();

此時，呼叫的是Circle.draw(),這是由於動態綁定的原因。

class Person {
    void eat() {}
    void speak() {}
}
class Boy extends Person {
    void eat() {
        System.out.println("Boy.eat()");
    }
    void speak() {
        System.out.println("Boy.speak()");
    }
}
class Girl extends Person {
    void eat() {
        System.out.println("Girl.eat()");
    }
    void speak() {
        System.out.println("Girl.speak()");
    }
}
public class Persons {
    public static Person randPerson() {
        switch ((int)(Math.random() * 2)) {
        default:
        case 0:
            return new Boy();
        case 1:
            return new Girl();
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Person[] p = new Person[4];
        for (int i = 0; i < p.length; i++) {
            p[i] = randPerson();    // 随机生成Boy或Girl
        }
        for (int i = 0; i < p.length; i++) {
            p[i].eat();
        }
    }
}

對所有從Person衍生出來的類，Person建立了一個通用接口，所有衍生的類都有eat和speak兩種行為。衍生類別涵蓋了這些定義，重新定義了這兩種行為。

在主類別中，randPerson隨機選擇Person物件的句柄。 **上訴造型是在return語句裡發生的。 **return語句取得一個Boy或Girl的句柄並將其作為Person類型傳回，此時並不知道具體是什麼類型，只知道是Person物件句柄。

在main方法中呼叫randPerson方法為數組填入Person對象，但不知具體情況。當呼叫數組每個元素的eat方法時，動態綁定的作用就是執行物件的重新定義了的方法。

然而，動態綁定是有前提的，綁定的方法必須存在於基底類別中，否則無法編譯通過。

class Person {
    void eat() {
        System.out.println("Person.eat()");
    }
}
class Boy extends Person {
    void eat() {
        System.out.println("Boy.eat()");
    }
    void speak() {
        System.out.println("Boy.speak()");
    }
}
public class Persons {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Boy();
        p.eat();
        p.speak();  // The method speak() is undefined for the type Person
    }
}

如果子类中没有定义覆盖方法，则会调用父类中的方法：

class Person {
    void eat() {
        System.out.println("Person.eat()");
    }
}
class Boy extends Person {
}
public class Persons {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Boy();
        p.eat();
    }
}

【运行结果】: 
Person.eat()

2.静态方法的绑定

将上面的方法都加上static关键字，变成静态方法：

class Person {
    static void eat() {
        System.out.println("Person.eat()");
    }
    static void speak() {
        System.out.println("Person.speak()");
    }
}
class Boy extends Person {
    static void eat() {
        System.out.println("Boy.eat()");
    }
    static void speak() {
        System.out.println("Boy.speak()");
    }
}
class Girl extends Person {
    static void eat() {
        System.out.println("Girl.eat()");
    }
    static void speak() {
        System.out.println("Girl.speak()");
    }
}
public class Persons {
    public static Person randPerson() {
        switch ((int)(Math.random() * 2)) {
        default:
        case 0:
            return new Boy();
        case 1:
            return new Girl();
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Person[] p = new Person[4];
        for (int i = 0; i < p.length; i++) {
            p[i] = randPerson();    // 随机生成Boy或Girl
        }
        for (int i = 0; i < p.length; i++) {
            p[i].eat();
        }
    }
}

【运行结果】： 

Person.eat() 
Person.eat() 
Person.eat() 
Person.eat()

观察结果，对于静态方法而言，不管父类引用指向的什么子类对象，调用的都是父类的方法。

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