【面试题】Java三大特性封装继承多态总结

来源:互联网 发布:网络机顶盒 编辑:程序博客网 时间:2024/06/16 05:38

本文内容总结于多篇博客,参考到的地方在文中都会一一列出

http://www.cnblogs.com/ibalintha/p/3897821.html


1.封装

封装的定义:

  • 首先是抽象,把事物抽象成一个类,其次才是封装,将事物拥有的属性和动作隐藏起来,只保留特定的方法与外界联系

为什么需要封装:

  • 封装符合面向对象设计原则的第一条:单一性原则,一个类把自己该做的事情封装起来,而不是暴露给其他类去处理,当内部的逻辑发生变化时,外部调用不用因此而修改,他们只调用开放的接口,而不用去关心内部的实现

举例:

public class Human{    private int age;    private String name;    public int getAge()    {        return age;    }    public void setAge( int age ) throws Exception    {        //封装age的检验逻辑,而不是暴露给每个调用者去处理        if( age > 120 )        {            throw new Exception( "Invalid value of age" );        }        this.age = age;    }    public String getName()    {        return name;    }    public void setName( String name )    {        this.name = name;    }}

2. 继承

Java的类可以分为三类:

  • 类:使用class定义,没有抽象方法
  • 抽象类:使用abstract class定义,可以有也可以没有抽象方法
  • 接口:使用inerface定义,只能有抽象方法

在这三个类型之间存在如下关系:

  • 类可以extends:类、抽象类(必须实现所有抽象方法),但只能extends一个,可以implements多个接口(必须实现所有接口方法)
  • 抽象类可以extends:类,抽象类(可全部、部分、或者完全不实现父类抽象方法),可以implements多个接口(可全部、部分、或者完全不实现接口方法)
  • 接口能extends多个接口(//这里原博主中有错误,已经修正)

继承以后子类可以得到什么:

  • 子类拥有父类非private的属性和方法(//这里其实我是持怀疑态度,之前听到过一种说法,子类继承了父类所有的成员,也包括private修饰的,只是不能够调用罢了,如果有人知道,欢迎留言讨论
  • 子类可以添加自己的方法和属性,即对父类进行扩展
  • 子类可以重新定义父类的方法,即多态里面的覆盖,后面会详述

关于构造函数:

  • 构造函数不能被继承,子类可以通过super()显示调用父类的构造函数
  • 创建子类时,编译器会自动调用父类的 无参构造函数
  • 如果父类没有定义无参构造函数,子类必须在构造函数的第一行代码使用super()显示调用

类默认拥有无参构造函数,如果定义了其他有参构造函数,则无参函数失效,所以父类没有定义无参构造函数,不是指父类没有写无参构造函数。看下面的例子,父类为Human,子类为Programmer。

public class Human{    //定义了有参构造函数,默认无参构造函数失效    public Human(String name)    {    }}

public class Programmer    extends Human{    public Programmer()    {        //如不显示调用,编译器会出现如下错误        //Implicit super constructor Human() is undefined. Must explicitly invoke another constructor        super( "x" );    }}

为什么需要继承:

  • 代码重用是一点,最重要的还是所谓想上转型,即父类的引用变量可以指向子类对象,这是Java面向对象最重要特性多态的基础

3. 多态

在了解多态之前,首先需要知道方法的唯一性标识即什么是相同/不同的方法:

  • 一个方法可以由:修饰符如public、static+返回值+方法名+参数+throw的异常 5部分构成
  • 其中只有方法名和参数是唯一性标识,意即只要方法名和参数相同那他们就是相同的方法
  • 所谓参数相同,是指参数的个数,类型,顺序一致,其中任何一项不同都是不同的方法

何谓重载:

  • 重载是指一个类里面(包括父类的方法)存在方法名相同,但是参数不一样的方法,参数不一样可以是不同的参数个数、类型或顺序
  • 如果仅仅是修饰符、返回值、throw的异常 不同,那这是2个相同的方法,编译都通不过,更不要说重载了
//重载的例子public class Programmer    extends Human{    public void coding() throws Exception    {    }    public void coding( String langType )    {    }    public String coding( String langType, String project )    {        return "";    }}

//这不是重载,而是三个相同的方法,编译报错public class Programmer    extends Human{    public void coding() throws Exception    {    }    public void coding()    {    }    public String coding()    {        return "";    }}

何谓覆盖/重写:

  • 覆盖描述存在继承关系时子类的一种行为
  • 子类中存在和父类相同的方法即为覆盖,何谓相同方法请牢记前面的描述,方法名和参数相同,包括参数个数、类型、顺序

public class Human{    public void coding( String langType )    {    }}
public class Programmer    extends Human{    //此方法为覆盖/重写    public void coding( String langType )    {    }    //此方法为上面方法的重载    public void coding( String langType, String project )    {    }}

覆盖/重写的规则:(两同两小一大原则)

  • 子类不能覆盖父类private的方法,private对子类不可见,如果子类定义了一个和父类private方法相同的方法,实为新增方法
  • 重写方法的修饰符一定要大于被重写方法的修饰符(public > protected > default > private)
  • 重写抛出的异常需与父类相同或是父类异常的子类,或者重写方法干脆不写throws
  • 重写方法的返回值必须与被重写方法一致,否则编译报错
  • 静态方法不能被重写为非静态方法,否则编译出错

理解了上述知识点,是时候定义多态了:

  • 多态可以说是“一个接口,多种实现”或者说是父类的引用变量可以指向子类的实例,被引用对象的类型决定调用谁的方法,但这个方法必须在父类中定义
  • 多态可以分为两种类型:编译时多态(方法的重载)和运行时多态(继承时方法的重写),编译时多态很好理解,后述内容针对运行时多态
  • 运行时多态依赖于继承、重写和向上转型

上例子:

class Human{    public void showName()    {        System.out.println( "I am Human" );    }}//继承关系class Doctor    extends Human{    //方法重写    public void showName()    {        System.out.println( "I am Doctor" );    }}class Programmer    extends Human{    public void showName()    {        System.out.println( "I am Programmer" );    }}public class Test{    //向上转型    public Human humanFactory( String humanType )    {        if( "doctor".equals( humanType ) )        {            return new Doctor();        }        if( "programmer".equals( humanType ) )        {            return new Programmer();        }        return new Human();    }    public static void main( String args[] )    {        Test test = new Test();        Human human = test.humanFactory( "doctor" );        human.showName();//Output:I am Doctor        human = test.humanFactory( "programmer" );        human.showName();//Output:I am Programmer        //一个接口的方法,表现出不同的形态,意即为多态也    }}


向上转型的缺憾:

  • 只能调用父类中定义的属性和方法,对于子类中的方法和属性它就望尘莫及了,必须强转成子类类型

总结概括:

  • 当超类对象引用变量引用子类对象时,被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法,但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的,也就是说被子类覆盖的方法,但是它仍然要根据继承链中方法调用的优先级来确认方法,该优先级为:this.show(O)、super.show(O)、this.show((super)O)、super.show((super)O)

稍微复杂的例子:


class Human {    public void fun1() {        System.out.println("Human fun1");        fun2();    }    public void fun2() {        System.out.println("Human fun2");    }}class Programmer extends Human {    public void fun1(String name) {        System.out.println("Programmer's fun1");    }    public void fun2() {        System.out.println("Programmer's fun2");    }}public class Test {    public static void main(String[] args) {        Human human = new Programmer();        human.fun1();    }    /*     * Output:     *  Human fun1     *  Programmer's fun2     */}

  • Programmer中的fun1(String name) 和Human中的fun1(),只是方法名相同但参数不一样,所以是重载关系
  • Programmer中的fun2()和Human中的fun2()是相同的方法,即Programmer重写了Human的fun2()方法
  • 把Programmer的对象向上转型赋值个Human后,human.fun1()会调用父类中的fun1()方法,子类的fun1(String name)是不同的方法
  • 在human的fun1()中又调用了fun2()方法,该方法在Programmer中被重写,实际调用的是被引用变量Programmer中的fun2()方法

package test;class A {    public void func() {        System.out.println("func in A");    }}class B extends A {    public void func() {        System.out.println("func in B");    }}class C extends B {    public void func() {        System.out.println("func in B");    }}public class Bar {    public void test(A a) {        a.func();        System.out.println("test A in Bar");    }    public void test(C c) {        c.func();        System.out.println("test C in Bar");    }    public static void main(String[] args) {        Bar bar = new Bar();        A a = new A();        B b = new B();        C c = new C();        bar.test(a);        bar.test(b);        bar.test(c);        /*            func in A            test A in Bar            func in B            test A in Bar            func in B            test C in Bar         */    }}

最近看腾讯的一道多态面试题:(转载自:http://blog.csdn.net/qq_27258799

public class A {        public int a = 0;    public void fun(){        System.out.println("-----A-----");    }}public class B extends A{    public int a = 1;    public void fun(){        System.out.println("-----B-----");    }public static void main(String[] args){        A classA = new B();             System.out.println(classA.a);        classA.fun();    }   }

答案是:

0-----B-----


解析: 
java中变量不能重写,可以按如下口诀记忆:

变量多态看左边, 
方法多态看右边, 
静态多态看左边。



这里补充一下接口和抽象类的相关知识:(部分把内容转载自:http://www.importnew.com/18780.html)


一.抽象类

在了解抽象类之前,先来了解一下抽象方法。抽象方法是一种特殊的方法:它只有声明,而没有具体的实现。抽象方法的声明格式为:

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abstractvoid fun();

抽象方法必须用abstract关键字进行修饰。如果一个类含有抽象方法,则称这个类为抽象类,抽象类必须在类前用abstract关键字修饰。因为抽象类中含有无具体实现的方法,所以不能用抽象类创建对象。

  下面要注意一个问题:在《Java编程思想》一书中,将抽象类定义为“包含抽象方法的类”,但是后面发现如果一个类不包含抽象方法,只是用abstract修饰的话也是抽象类。也就是说抽象类不一定必须含有抽象方法。个人觉得这个属于钻牛角尖的问题吧,因为如果一个抽象类不包含任何抽象方法,为何还要设计为抽象类?所以暂且记住这个概念吧,不必去深究为什么。

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[public]abstractclass ClassName {
    abstractvoid fun();
}

从这里可以看出,抽象类就是为了继承而存在的,如果你定义了一个抽象类,却不去继承它,那么等于白白创建了这个抽象类,因为你不能用它来做任何事情。对于一个父类,如果它的某个方法在父类中实现出来没有任何意义,必须根据子类的实际需求来进行不同的实现,那么就可以将这个方法声明为abstract方法,此时这个类也就成为abstract类了。

包含抽象方法的类称为抽象类,但并不意味着抽象类中只能有抽象方法,它和普通类一样,同样可以拥有成员变量和普通的成员方法。注意,抽象类和普通类的主要有三点区别:

1)抽象方法必须为public或者protected(因为如果为private,则不能被子类继承,子类便无法实现该方法),缺省情况下默认为public

2)抽象类不能用来创建对象;

3)如果一个类继承于一个抽象类,则子类必须实现父类的抽象方法。如果子类没有实现父类的抽象方法,则必须将子类也定义为为abstract类。

在其他方面,抽象类和普通的类并没有区别。



二.接口

接口,英文称作interface,在软件工程中,接口泛指供别人调用的方法或者函数。从这里,我们可以体会到Java语言设计者的初衷,它是对行为的抽象。在Java中,定一个接口的形式如下:

[修饰符] interface 接口名 [extends 父接口名列表]{[public] [static] [final] 常量;[public] [abstract] 方法;}
注意:“[ ]”中的内容是可选的。但是在编译之后,会自动为常量加上public static final,同理会为方法自动加上public abstract

接口中可以含有 变量和方法。但是要注意,接口中的变量会被隐式地指定为public static final变量(并且只能是public static final变量,用private修饰会报编译错误),而方法会被隐式地指定为public abstract方法且只能是public abstract方法(用其他关键字,比如private、protected、static、 final等修饰会报编译错误),并且接口中所有的方法不能有具体的实现,也就是说,接口中的方法必须都是抽象方法。从这里可以隐约看出接口和抽象类的区别,接口是一种极度抽象的类型,它比抽象类更加“抽象”,并且一般情况下不在接口中定义变量。

要让一个类遵循某组特地的接口需要使用implements关键字,具体格式如下:

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classClassName implementsInterface1,Interface2,[....]{
}

可以看出,允许一个类遵循多个特定的接口。如果一个非抽象类遵循了某个接口,就必须实现该接口中的所有方法。对于遵循某个接口的抽象类,可以不实现该接口中的抽象方法。

三.抽象类和接口的区别

1.语法层面上的区别

1)抽象类可以提供成员方法的实现细节,而接口中只能存在public abstract 方法;

2)抽象类中的成员变量可以是各种类型的,而接口中的成员变量只能是public static final类型的;

3)接口中不能含有静态代码块以及静态方法,而抽象类可以有静态代码块和静态方法;

4)一个类只能继承一个抽象类,而一个类却可以实现多个接口。

2.设计层面上的区别

1)抽象类是对一种事物的抽象,即对类抽象,而接口是对行为的抽象。抽象类是对整个类整体进行抽象,包括属性、行为,但是接口却是对类局部(行为)进行抽象。举个简单的例子,飞机和鸟是不同类的事物,但是它们都有一个共性,就是都会飞。那么在设计的时候,可以将飞机设计为一个类Airplane,将鸟设计为一个类Bird,但是不能将 飞行 这个特性也设计为类,因此它只是一个行为特性,并不是对一类事物的抽象描述。此时可以将 飞行 设计为一个接口Fly,包含方法fly( ),然后Airplane和Bird分别根据自己的需要实现Fly这个接口。然后至于有不同种类的飞机,比如战斗机、民用飞机等直接继承Airplane即可,对于鸟也是类似的,不同种类的鸟直接继承Bird类即可。从这里可以看出,继承是一个 “是不是”的关系,而 接口 实现则是 “有没有”的关系。如果一个类继承了某个抽象类,则子类必定是抽象类的种类,而接口实现则是有没有、具备不具备的关系,比如鸟是否能飞(或者是否具备飞行这个特点),能飞行则可以实现这个接口,不能飞行就不实现这个接口。

2)设计层面不同,抽象类作为很多子类的父类,它是一种模板式设计。而接口是一种行为规范,它是一种辐射式设计。什么是模板式设计?最简单例子,大家都用过ppt里面的模板,如果用模板A设计了ppt B和ppt C,ppt B和ppt C公共的部分就是模板A了,如果它们的公共部分需要改动,则只需要改动模板A就可以了,不需要重新对ppt B和ppt C进行改动。而辐射式设计,比如某个电梯都装了某种报警器,一旦要更新报警器,就必须全部更新。也就是说对于抽象类,如果需要添加新的方法,可以直接在抽象类中添加具体的实现,子类可以不进行变更;而对于接口则不行,如果接口进行了变更,则所有实现这个接口的类都必须进行相应的改动。

下面看一个网上流传最广泛的例子:门和警报的例子:门都有open( )和close( )两个动作,此时我们可以定义通过抽象类和接口来定义这个抽象概念:

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abstractclass Door {
    publicabstract void open();
    publicabstract void close();
}

或者:

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interfaceDoor {
    publicabstract void open();
    publicabstract void close();
}

但是现在如果我们需要门具有报警alarm( )的功能,那么该如何实现?下面提供两种思路:

1)将这三个功能都放在抽象类里面,但是这样一来所有继承于这个抽象类的子类都具备了报警功能,但是有的门并不一定具备报警功能;

2)将这三个功能都放在接口里面,需要用到报警功能的类就需要实现这个接口中的open( )和close( ),也许这个类根本就不具备open( )和close( )这两个功能,比如火灾报警器。

从这里可以看出, Door的open() 、close()和alarm()根本就属于两个不同范畴内的行为,open()和close()属于门本身固有的行为特性,而alarm()属于延伸的附加行为。因此最好的解决办法是单独将报警设计为一个接口,包含alarm()行为,Door设计为单独的一个抽象类,包含open和close两种行为。再设计一个报警门继承Door类和实现Alarm接口。

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interfaceAlram {
    voidalarm();
}
 
abstractclass Door {
    voidopen();
    voidclose();
}
 
classAlarmDoor extendsDoor implementsAlarm {
    voidoepn() {
      //....
    }
    voidclose() {
      //....
    }
    voidalarm() {
      //....
    }
}