牛刀小试 - 浅析Java的继承与动态绑定

什么是继承？

继承也是面向对象的重要特性之一。顾名思义，继承就是指从已有的类中派生出新类的动作。新的类能吸收已有类的数据属性和行为，并能扩展新的能力。

而通俗一点的来说，就是指Java中可以通过继承的方式，从现有的类派生出新的类。该现有类被称为超类(父类)，而派生出的新类就被称为子类(派生类)。

首先，子类能够访问继承超类当中的所有非私有的方法和成员变量；其次，还可以在父类原有的成员的基础上添加一些新的方法和域，或者对父类的方法进行覆写(override)。

所有通常也这样讲：父类是子类的一般化表现形式；而子类是父类的特有化表现形式。

Java中使用关键字“extends”用于声明一个类继承自另一个类。

继承的体现

首先，假定我们自定义了一个雇员类“Employee”：

package com.tsr.j2seoverstudy.extends_demo;public class Employee {private String name; // 姓名private int salary; // 收入public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getSalary() {return salary;}public void setSalary(int salary) {this.salary = salary;}}

一个部门中，雇员通常分为经理和普通雇员。二者之间大部分的行为相似，但可能在收入上略有不同。

假设普通雇员的收入来源为工资，而经理的收入结构则是由工资 + 绩效奖金构的。于是这个时候，原有的雇员类就不足以描述经理了。

于是，使用继承从原有的雇员类中派生出一个新的经理类“Manager”：

package com.tsr.j2seoverstudy.extends_demo;public class Manager extends Employee {// 子类新的特有实例域:绩效奖金private int bonus;public int getBonus() {return bonus;}public void setBonus(int bonus) {this.bonus = bonus;}}

继承的特性

1、子类会继承超类当中的方法以和实例域

package com.tsr.j2seoverstudy.extends_demo;public class JavaExtendsDemo {public static void main(String[] args) {Manager m = new Manager();m.setName("张经理");System.out.println(m.getName());m.setBonus(20000);System.out.println(m.getBonus());}}

在这里可以看到的是，我们在派生类“Manager”当中并没有定义成员变量“name”，也没有定义其相关的set/get方法。

但是我们仍然可以通过“Manager”类对这些成员进行访问，正是因为继承的机制带来的。

“Manager”继承自“Employee”类，所以“Emoloyee”类当中的所有非私有化的成员都被隐式的继承到了子类“Manager”当中。

2、方法覆写(override)

前面我们已经说过了，经理的收入结构为：工资 + 奖金。所以“Employee”类当中获取雇员收入的方法“getSalary”就不适用于描述经理的收入了。

对于“Manager”类中，“getSalary”方法返回的值应当是：salary + bonus。这时候就涉及到继承中一个重要的知识点：方法覆写(override)

覆写是指：除方法体以外，方法的所有声明都当与父类中相同，而方法的访问修饰符只能比父类更加宽松。

一定要牢记覆写的规则，才不会再使用时出错。下面通过一道网上看见的华为的面试题，来更形象的理解一下覆写的概念：

package com.tsr.j2seoverstudy.extends_demo;/* * QUESTION NO: 3  *1. class A {  *2. protected int method1(int a, int b) { return 0; }  *3. }  *    * Which two are valid in a class that extends class A? (Choose two)  *   A. public int method1(int a, int b) { return 0; }  *   B. private int method1(int a, int b) { return 0; }  *   C. private int method1(int a, long b) { return 0; }  *   D. public short method1(int a, int b) { return 0; }  *   E. static protected int method1(int a, int b) { return 0; }  */public class Test {}class A {protected int method1(int a, int b) {return 0;}}class B extends A {// 合法，通过提高访问权限(protected → public)的方式覆写父类方法。public int method1(int a, int b) {return 0;}// 不合法，注意覆写的规则：方法的访问修饰符只能比父类更加宽松。private int method1(int a, int b) {return 0;}// 合法，但并不是方法覆写。而仅仅是在类B中，针对继承的方法method1进行了重载;private int method1(int a, long b) {return 0;}// 不合法，首先方法返回类型不能作为方法重载的标示。那么就只能是覆写的情况，但覆写要求：除方法体外，方法所有声明都与父类中相同。public short method1(int a, int b) {return 0;}// 不合法，同样还是因为方法声明与父类不同。static protected int method1(int a, int b) {return 0;}}

3、引用父类关键字“super”

我们在第2点特性中说到，对于“Manager”类中，“getSalary”方法返回的值应当是：salary + bonus。也就是说“Manager”类中，“getSalary”的实现应当为：

public int getSalary(){return bonus + salary;             }

但实际上，这样做肯定是行不通的，因为salary在父类中被声明为私有的。所以在子类中是无法直接进行访问的。

所以，我们只能通过父类中，针对于该成员变量提供的访问方法“getSalary”获取它的值。所以可能正确的实现应该是：

@Overridepublic int getSalary() {return getSalary() + bonus;}

但因为我们本身已经根据新的需求对该方法进行了覆写，所有这样做也是行不通的。

这是因为通过方法的覆写，“Employee”类当中已经有了自己特有的“getSalary”方法，所以上面的做法实际上是在让“getSalary”不断的调用自身，直到程序崩溃。

想要调用到父类当中的成员，就可以使用Java的关键字之一：super。

super是Java提供的一个用于只是编译器调用超类成员的特殊关键字。所以修改后的“getSalary”方法应当为：

@Overridepublic int getSalary() {return super.getSalary() + bonus;}

4、多态以及动态绑定

多态是指：同一事物根据上下文环境不同使用不同定义的能力。例如我们熟悉的重载、覆写都是多态的一种体现。多态是面向对象的又一重要特性。

而多态在Java里继承中的体现形式，主要分别为：

• 对象的多态：例如我们定义了一个超类动物类"Animal"，其中老虎类"Tiger"和鱼类"Fish"都继承自"Animal"。这就是一种类的对象的多态体现。因为一个动物(Animal)构造出的对象既可以是一头老虎"Tiger"，也可以是一条鱼“Fish”。
• 方法的多态：假设动物类“Animal”提供了一个动物呼吸的方法“Breath”。但因为老虎和鱼的呼吸方式是不同的，老虎用肺呼吸，而鱼通过腮呼吸。所以我们需要分别在对应的子类中覆写“Breath”方法。这也方法的多态的一种体现形式。
  

动态绑定是指：程序在运行期(而不是编译时期)根据对象的具体类型进行绑定，所以又被称为运行时绑定。动态绑定的执行过程大概为：

1、首先，编译器首先查看并获取到对象的声明类型和方法名；

   然后在其声明类型对应的相应类及其超类的方法表进行查找；

   最终搜索出所有方法声明为“pulbic”的对应方法名的方法，得到所有可能被执行的候选方法。

  

   注：方法表也就是指，当一个类第一次运行，被类装载器(classloader)进行装载工作时，其自身及其超类的所有方法信息都会被加载到内存中的方法区内。

 

2、编译器将查看调用方法时传入的参数的类型。

   如果在执行第一步工作中所获得的所有候选方法中，存在一个与提供的参数类型完全符合，则会决定绑定调用该方法。

   这个过程被称为重载解析。也就可以明白：用重载表现的多态，其动态绑定的解析工作就是这样完成的。

   另外，由于Java允许类型转换，所以这一步过程可能会很复杂。

   如果没有找到与参数类型匹配的方法，或者经过类型转换过后有多个匹配的方法，则会报告编译错误。

  

   注：方法名+参数列表 = 方法签名。所以前面我们谈到的方法的覆写规则也可以理解为：方法签名必须与父类相同，访问修饰符只能更宽松。

   但值得注意的是，方法返回类型不是方法签名的一部分。在JDK1.5之前，要求覆写时，返回类型必须相同。

   而在这之后的版本中，覆写允许将父类返回类型的子类作为返回类型，这被称为协变返回类型。

     

3、与之对应的：如果是被声明为private、static、final的方法或构造器，编译器将可以直接的准确知道应当调用的方法。这种方式又被称为静态绑定。

4、如果采用的是动态绑定的方式。当程序运行时，一定会选择：对象引用所指向的实际对象所属类型中，最合适的方法。

   这也是为什么在继承中，子类覆写超类中的方法后。如果使用超类的类型进行声明，而实际引用子类的对象的对象引用调用方法，会准确的调用到子类中覆写后的方法的原因。

package com.tsr.j2seoverstudy.extends_demo;public class Test {public static void main(String[] args) {Animal [] animals = new Animal[3];animals[0] = new Animal();animals[1] = new Tiger();animals[2] = new Fish();for (Animal animal : animals) {animal.breath();}}}class Animal{void breath(){System.out.println("动物呼吸");}}class Tiger extends Animal{@Overridevoid breath() {System.<span style="font-size:12px;">out</span>.println("老虎用肺呼吸");}}class Fish extends Animal{@Overridevoid breath() {System.out.println("鱼用腮呼吸");}}/*运行结果为：动物呼吸老虎用肺呼吸鱼用腮呼吸*/

5、继承结构：单继承和多重继承

Java中不支持多继承。其继承结构分为：单继承和多重继承。

顾名思义，单继承也就是指：一个类只能继承自一个超类。

而多重继承则是指：C类继承自B类，而B类继承自A类这样的继承层次结构。

多重继承的应用是很常见的。还是以动物为例，老虎继承自动物。而老虎可能又分为东北虎之类的很多品种，那么新定义的东北虎类就应该继承老虎类。

这就是多重继承的一种常见体现形式。

6、继承体系中子类的构造过程

package com.tsr.j2seoverstudy.extends_demo;public class JavaExtendsDemo {    public static void main(String[] args) {    Son s  = new Son();}}class Far{Far(){System.out.println("父类构造初始化..");}}class Son extends Far{Son() {//这里有一个隐式的构造语句:super()，调用父类的构造初始化工作..System.out.println("子类构造初始化..");}}/*运行结果为:父类构造初始化..子类构造初始化..*/

也就是说，子类的构造过程是依赖于父类的，当开始子类的构造工作之前，会先完成其所属超类的对象构造工作。

这是理所应当的，因为我们已经知道子类的很多属性与方法是依赖于父类的，如果在此之前不先完成父类的构造工作，对于子类的使用就很容易引起错误。

什么时候使用继承？

要了解什么使用继承，首先我们应当知道使用继承可以带来的好处是什么：

• 通过继承构成体系，能让程序的条理性更加清晰。
• 若出现特殊需求，子类可以较方便的改动父类的实现。
  
• 最大的好处在于方便实现代码的复用，减少了编码工作。

所以，最长在什么时候使用继承呢？

1、声名远扬的“IS-A”关系

例如上面说到的“经理是一个雇员”，“老虎是一种动物”都是归属于这种关系。

2、想要通过继承实现多态

以一段代码更好理解，假如我们的程序提供了一个接口用于获取动物的奔跑速度：

    int getSpeed(Animal animal){    return animal.getRunSpeed();    }

通过继承，通过这样简单的代码。只要传入的参数对象的类型位于该Animal的继承体系当中，就可以通过动态绑定的机制正确获取到其奔跑速度。

这实际上也是”策略设计模式“的一种体现方式。而如果假设不使用继承的话，就需要提供对应数量的方法来分别获取不同动物的奔跑速度。

但与此同时，继承也有一定的弊端：

• 类继承是在编译时刻静态定义的，所以无法在运行时改变继承类的实现。
• 通过继承的复用方式被称为“白箱复用"，因为父类的实现细节对子类可见。
• 父类通常都至少定义了子类的部分行为，所以父类的改变都有可能影响到子类的使用。
  

所以，正如这个世界上任何事物都有两面性一样，对于继承的使用还是应该结合实际情况作出最适合的决定。