Java的继承、封装与多态

Java的继承、封装与多态

基本概念

• 面向对象OO（Object Oriented）：把数据及对数据的操作方法放在一起，作为一个相互依存的整体，即对象。
• 对同类对象抽象出共性，即类。
  
  比如人就是一个类，所有的人都有一些共同的属性，比如身高体重肺活量，还有一些特定的操作，即方法，比如吃饭，思考。但是人只是一个抽象的概念，所有具备人这个群体的属性和方法的对象都叫人，我们只能说张三这个实例化的人身高是多少，体重是多少，而不能说人这个类身高是多少。
• OOP面向对象编程：指软件开发的过程中，通过面向对象的思想进行表达和实现。
• 重构：指对程序做出一定的改变。

面向对象的特征：

封装，继承与多态。

封装

有时称为数据隐藏

将数据和和对数据的操作隐藏在一个类中，即隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口。

使用者不需要知道类的具体实现，只要知道怎么调用就可以了。

比如：

所有类的成员变量一般设置为private，如果需要访问和修改，通过getter和setter方法，优点：

1.可以改变内部实现，除了该类的方法外，不会影响其他代码。

private String firstName;
private String lastName;
public String getName(){
return firstName + "" + lastName;
}

2.setter方法可以执行错误检查，比如检查数据是否合乎规范，输入的age是否小于0，直接对域操作则没这种优势

3.可细微划分访问控制：可以只设置域访问器getter，不设置域修改器setter，让用户只能读取，而不能修改。而public既可以读取，也可以修改，可能造成数据不安全。

继承

是一种类的层次模型，从现有的类中通过extends关键字派生新类，现有的类称为父类，新类称为子类。

子类可以从它的父类那里继承方法和实例变量，并且可以重写父类的方法和增加新的方法。一般将通用的方法放到超类中，具有特殊用途的方法放到子类中。

特点：

1. 不能多重继承。
2. 只能继承非私有的成员变量和方法
3. 当子类成员变量与父类成员变量重名时，子类覆盖父类。
4. 定义为final的类不可继承，定义为final的方法不可以被重写。

多态

• 指允许不同类的对象对同一消息(即同一个方法的调用)做出响应。即同一个方法的调用，可以根据调用这个方法的对象的不同而实现不同的功能。
• 在Java核心技术第5章中定义：
  
  实现多态的技术称为：动态绑定（dynamic binding），是指在运行期间判断所引用对象的实际类型，根据其实际的类型调用其相应的方法。
• 多态的作用：降低类型之间的耦合关系。
  
  把不同的子类对象都当作父类来看，可以屏蔽不同子类对象之间的差异，写出通用的代码，做出通用的编程，以适应需求的不断变化。

例子

• 比如：
  
  如果我们定义

Animal animal = new Cat();   //表示我定义了一个Animal类型的引用，指向新建的Cat类型的对象

或者

Cat cat = new Cat();

如果我要改为子类Dog类，那么前者只需要修改一行代码，不需要改实例名，后者要大量改动。

Animal animal = new Dog();

• 再比如：
  
  你可以设计一个接口：DataBaseDao
  
  然后，每个不同的数据库，你可以编写接口的实现类，比如：SQLServerDao, MySqlDao, DB2Dao等等

当用户使用你框架的时候，他就可以用多态，实现自己的数据库连接功能：

DaoBaseDao dao = new SQLServerDao(); //针对SQLServer的接口实现，这里dao就是多态

dao.connect();

• 再比如：
  
  现实中，关于多态的例子不胜枚举。比方说按下 F1 键这个动作，如果当前在 Flash 界面下弹出的就是 AS 3 的帮助文档；如果当前在 Word 下弹出的就是 Word 帮助；在 Windows 下弹出的就是 Windows 帮助和支持。同一个事件发生在不同的对象上会产生不同的结果。

但注意：父类类型的引用可以调用父类中定义的所有属性和方法，而对于子类中定义而父类中没有的方法，它是无可奈何的；比如子类中增加的方法，父类引用无法调用。

多态存在的三个必要条件

一、要有继承；

二、要有重写；

三、父类引用指向子类对象。

多态的好处：

1.可替换性（substitutability）。多态对已存在代码具有可替换性。例如，多态对圆Circle类工作，对其他任何圆形几何体，如圆环，也同样工作。

2.可扩充性（extensibility）。多态对代码具有可扩充性。增加新的子类不影响已存在类的多态性、继承性，以及其他特性的运行和操作。实际上新加子类更容易获得多态功能。例如，在实现了圆锥、半圆锥以及半球体的多态基础上，很容易增添球体类的多态性。

3.接口性（interface-ability）。多态是超类通过方法签名，向子类提供了一个共同接口，由子类来完善或者覆盖它而实现的。

4.简化性（simplicity）。多态简化对应用软件的代码编写和修改过程，尤其在处理大量对象的运算和操作时，这个特点尤为突出和重要。

Java中多态的实现方式：

• 方法的重载（overload）：重载是指同一个类中有多个同名的方法，但这些方法有不同的参数，因此在编译期就可以确定到底调用哪个方法，它是一种编译时多态。即一个类中的方法多态性。
• 方法的覆盖（即重写）（override）：子类可以覆盖父类的方法，即同样的方法会在子类和父类中有不同的表现形式。在Java语言中，父类引用可以指向父类对象或者子类对象，接口引用可以指向其实现类的实例对象。 而程序调用的方法在运行期才动态绑定（绑定指的是将一个方法调用和一个方法主体连接到一起），即：在运行期间判断所引用对象的实际类型，根据其实际的类型调用其相应的方法。（注意此时父类引用只是指向子类对象，真正运行的还是子类对象，即优先从实际运行的对象的方法表中找对应的方法签名（方法名+参数列表称为方法签名），如果找不到，才回到相应的父类方法表中找调用方法的方法签名），由于运行时才能确定调用哪个方法，因此称方法覆盖的多态为运行时多态。

在《深入理解Java虚拟机》的P248页，

对方法的重载称为：静态分派（根据静态类型）

package org.fenixsoft.polymorphic;

/**
 * 方法静态分派演示
 * @author zzm
 */
public class StaticDispatch {

	static abstract class Human {
	}

	static class Man extends Human {
	}

	static class Woman extends Human {
	}

	public void sayHello(Human guy) {
		System.out.println("hello,guy!");
	}

	public void sayHello(Man guy) {
		System.out.println("hello,gentleman!");
	}

	public void sayHello(Woman guy) {
		System.out.println("hello,lady!");
	}

	public static void main(String[] args) {
		Human man = new Man();
		Human woman = new Woman();
		StaticDispatch sr = new StaticDispatch();
		sr.sayHello(man);
		sr.sayHello(woman);
	}
}

运行结果：

hello,guy！
hello,guy！

注意这里的静态类型指static类型，但其实不是static类型结果也一样，只不过将内部类写为static的可以实现和外部类相同的调用方式，比如：

public class StaticDispatch {

	abstract class Human {
	}

	class Man extends Human {
	}

	class Woman extends Human {
	}

	public void sayHello(Human guy) {
		System.out.println("hello,guy!");
	}

	public void sayHello(Man guy) {
		System.out.println("hello,gentleman!");
	}

	public void sayHello(Woman guy) {
		System.out.println("hello,lady!");
	}

	public static void main(String[] args) {
		StaticDispatch staticDispatch = new StaticDispatch();
		Human man = staticDispatch.new Man();
		Human woman = staticDispatch.new Woman();
		StaticDispatch sr = new StaticDispatch();
		sr.sayHello(man);
		sr.sayHello(woman);
	}
}

代码中刻意地定义了两个静态类型相同但实际类型不同的变量，但虚拟机（准确地说是编译器）在重载时是通过参数的静态类型而不是实际类型作为判定依据的。并且静态类型是编译期可知的，因此，在编译阶段，Javac编译器会根据参数的静态类型决定使用哪个重载版本，所以选择了sayHello（Human）作为调用目标，并把这个方法的符号引用写到main（）方法里的两条invokevirtual指令的参数中。

对方法的覆盖称为：动态分派（根据实际类型）

例子：

class Base {
	public int i = 1;

	public Base() {
		g();
	}

	public void f() {
		System.out.println("Base f");
	}

	public void g() {
		System.out.println("Base g");
	}
}

public class Derived extends Base {
	public int i = 2;

	public void f() {
		System.out.println("Derived f");
	}

	public void g() {
		System.out.println("Derived g");
	}

	public static void main(String args[]) {
		Base b = new Derived();
		b.f();
		System.out.println(b.i);
	}
}

输出：

Derived g
Derived f
1

上面的例子说明了：只有类中的方法才有多态的概念，类中成员变量没有多态的概念。类中成员变量的值取决于所定义变量的类型，这是在编译期间确定的。

面向接口编程

参考：http://www.cnblogs.com/leoo2sk/archive/2008/04/10/1146447.html

面向接口编程和面向对象编程是什么关系

首先，面向接口编程和面向对象编程并不是平级的，它并不是比面向对象编程更先进的一种独立的编程思想，而是附属于面向对象思想体系，属于其一部分。或者说，它是面向对象编程体系中的思想精髓之一。

接口的本质

• 接口是一组规则的集合，它规定了实现本接口的类或接口必须拥有的一组规则。体现了自然界“如果你是……则必须能……”的理念。
• 接口是在一定粒度视图上同类事物的抽象表示。比如我们说我和猴子不属于一类，分别继承Person接口和Monkey接口，但对动物学家，我们却继承同一接口：Animal接口。

面向接口编程的本质

在系统分析和架构中，分清层次和依赖关系，每个层次不是直接向其上层提供服务（即不是直接实例化在上层中），而是通过定义一组接口，仅向上层暴露其接口功能，上层对于下层仅仅是接口依赖，而不依赖具体类。

好处：

1. 对系统灵活性大有好处。当下层需要改变时，只要接口及接口功能不变，则上层不用做任何修改。甚至可以在不改动上层代码时将下层整个替换掉。
2. 不同部件或层次的开发人员可以并行开工，就像造硬盘的不用等造CPU的，也不用等造显示器的，只要接口一致，设计合理，完全可以并行进行开发，从而提高效率。

抽象类与接口

如果单从具体代码来看，对这两个概念很容易模糊，甚至觉得接口就是多余的，因为单从具体功能来看，除多重继承外（C#，Java中），抽象类似乎完全能取代接口。

区别

• 使用动机。使用抽象类是为了代码的复用（可以理解为代码和表示的共享机制），而使用接口的动机是为了实现多态性。
• 抽象类和它的子类之间应该是一般和具体的关系，而接口仅仅是它的子类应该实现的一组规则。