Java 多态、内部类、异常、包

一、多态

1. 概述

• 理解：多态可以理解为事物存在的多种体（表）现形态。
  • 例如：
    • 动物中的猫和狗。
    • 猫这个对象对应的是猫类型，例如：猫 x = new 猫();
    • 同时猫也是动物中的一种，也可以把猫称为动物，例如：动物 y = new 猫();
    • 动物就是猫和狗这些具体事物中抽取出来的父类型，父类型的引用指向了子类对象。
• 体现
  1. 父类的引用指向了子类的对象。
  2. 父类的引用也可以接收自己子类的对象。
     • 例如：Animal a = new Cat();
       • 父类型 a 的引用指向了子类的对象。
• 前提
  1. 类与类之间必须有关系，要么是继承，要么是实现。
  2. 存在重写（覆盖），父类中有方法被子类重写（覆盖）。

2. 利与弊

• 利：提高了程序的可扩展性和后期的可维护性。

• 弊：只能使用父类中的引用去访问父类中的成员。

  • 使用了多态，父类型的引用在使用功能时，不能直接调用子类中特有的方法。
    • 例如：Animal a = new Cat();//多态的体现
      • 假设子类 Cat 中有抓老鼠的特有功能，父类型 a 就不能直接调用该功能，可以理解为 Cat 类型向上转型，提升了。
      • 父类的引用想要调用子类 Cat 中特有的方法，就要将父类的引用强制转换成子类的类型，向下转型。例如：Cat c = (Cat)a;
    • 注：
      • 如果父类可以创建对象的话，例如：Animal a = new Animal(); 就不能进行向下转型了，Cat c = (Cat)a; 这样编写代码在编译时会报错，不要出现将父类对象转换成子类类型。
      • 多态转换的是父类引用指向了自己子类的对象时，该引用可以被提升，也可以被强制转换，多态始终都是子类对象在做变化的。

• 例如：

  

  

3. 特点

1. 成员变量

• 无论编译还是运行时期，都参考左边（引用变量）所属的类。
  • 例如：多态中父类引用调用成员变量时，如果父类和子类有同名的成员变量，被调用的则是父类中的成员变量。

2. 非静态成员函数

• 编译时期：参考引用型变量所属的类中是否有调用的方法，如果有，编译通过，如果没有，编译失败。
  • 例如：a.catchMouse();//编译报错，这种情况只能通过强制转换，向下转型后才可以使用子类中特有的功能。
• 运行时期：参考对象所属的类中是否有调用的方法，如果父类中有一个非抽象方法，子类继承后将其重写（覆盖）了，多态运行时，父类的引用调用同名函数时，运行的是父类中的方法。
• 总而言之：成员函数在多态调用时，编译看左边，运行看右边。

3. 静态成员函数

• 无论编译还是运行时期，都参考左边，就是父类的引用在调用同名静态成员函数时，调用的是父类中的静态成员函数。
  • 原因：

    • 当类一被加载时，静态成员函数随类绑定在内存中，不需要创建对象，可以通过类名直接调用静态成员函数，并且父类中的静态成员函数一般是不被重写（覆盖）的。

    • 类在方法区中的分配：静态方法区和非静态方法区（关键字 super 和 this 在非静态方法区中）。

      

4. 应用

1. 定义工具类，将共同行为封装在同一个类中。
2. 对类型进行抽取（多态的产生）。
3. 操作同一个父类型，对其中的子类型均可进行操作。

   • 例如：

     

     

二、内部类

1. 概述

• 概述：将一个类定义在另一个类里面，定义在类里面的那个类称为内部类（内置类、嵌套类）。
• 理解：当描述事物时，事物的内部还存在事物，事物内的事物使用内部类来描述，印务内部事物在使用外部事物的内容。
  • 例如：定义一个人的类，手、脚、心脏等等都属于人，这些又各自有自己的功能描述，这时候就可以在人这个描述类中，定义一些描述手、脚、心脏的类，也就是定义一些内部类。
• 编译现象：编译 Java 文件时，如果类中有内部类，生成的 class 文件中会含有 Test$1.class 等等这样的文件，编译器会把内部类翻译为用 $（美元符号）分隔外部类名和内部类名的类文件，这是内部类的一种编译现象。

2. 访问规则

1. 外部类要访问内部类，必须建立内部类的对象。
2. 内部类可以直接访问外部类中的成员（包括私有成员）。
   • 原因：因为内部类中持有外部类的引用。
   • 格式：外部类名.this

3. 访问格式

1. 内部类定义在外部类的成员位置，而且非私有时，可以在外部的其它类中直接建立内部类对象。
   • 格式：外部类名.内部类名 变量名 = 外部类对象.内部类对象;
     • 例如：Outer.Inner in = new Outer().new Inner();
   • 内部类定义在外部类的成员位置时，可以被成员修饰符所修饰。
     • 例如：
       • private：内部类在外部类中进行封装。
       • static：内部类有局部 statci 的特性，内部类被 static 修饰后，只能访问外部类中的 static 成员。
         • 外部的其它类访问 static 内部类中静态成员的格式：外部类名.内部类名.方法名();
           • 例如：Outer.Inner.function();
         • 外部的其它类访问 static 内部类中非静态成员的格式：new 外部类名.内部类名().方法名();
           • 例如：new Outer.Inner().function();
   • 注：
     1. 内部类中定义了静态成员时，该内部类必须是 static 的。
     2. 外部类中的静态方法访问内部类时，内部类也必须是 static 的。
     3. 实际开发中，内部类一般定义为 private，很少定义为 public 的。
2. 内部类定义在局部位置
   1. 不可被成员修饰符所修饰，作用域限定在声明这个局部内部类的代码块中。
      • 例如：public、private、static 等修饰符。
   2. 可以直接访问外部类中的成员，还持有外部类的引用。

      • 注：内部类不可以访问所在局部中的非最终变量，只能访问被 final 修饰的局部变量。

      • 例如：

        

        • 分析：上述代码中的打印结果为 7、8，会改变，并没有因为被 final 所修饰就无法改变，原因是因为类调用方法结束后，被 final 修饰的变量已经从桟内存中消失，类再次调用方法时，已经是另一个变量了，所以可以重新传值。

4. 匿名内部类

• 匿名内部类就是内部类的简写格式，匿名内部类其实就是一个匿名子类对象，可以理解为带内容的对象。

• 格式：new 父类或接口(){定义子类的内容}

• 定义匿名内部类的前提：

  • 匿名内部类必须是继承一个类或者实现接口。
    • 特殊情况：所有的类都有一个父类 Object，定义时也可用 Object。

• 利与弊：

  • 利：简化书写。
  • 弊：
    1. 不能做强转的动作。
    2. 不能直接调用自己的特有方法。
    3. 如果继承的父类或接口中方法很多时，使用匿名内部类的可阅读性会非常差，调用也非常麻烦，因此匿名内部类中定义的方法一般不超过3个。

• 例如：

  

三、异常

1. 概述

• 异常是 Java 中的重要机制，使用面向对象的思想进行了封装，通常使用的是异常类。异常类中描述的就是程序中可能出现的错误或者问题。
• 程序在运行时出现不正常的情况称为异常。
• 由来：异常问题也是现实生活中一个具体的事物，可以通过 Java 中类的形式进行描述，并封装成对象，异常类就是 Java 对不正常的情况进行描述后的对象体现。
• 程序中可能出现的错误或者问题：
  1. 用户输入错误导致的异常：非法参数、不按正常的使用程序等。
  2. 设备硬件等发生的错误的异常：硬盘损坏等。
  3. 物理限制的异常：存储空间不足、SDCard不存在等。
  4. 代码错误的异常：程序编写的方法不正确、返回错误的参数等。

2. 体系

异常问题的划分方式

1. 严重的异常问题。
   • 严重的异常问题，Java 通过 Error 类进行描述，对于 Error 类一般不编写针对性的代码进行处理。
2. 非严重的异常问题。

   • 非严重的异常问题，Java 通过 Exception 类进行描述，对于 Exception 类可以使用针对性的代码进行处理。

       注：无论是 Error 或 Exception 都具有一些共性内容，例如：不正常情况的相关信息、引发异常的原因等。
     

体系

• Throwable
  • Error//出现重大异常问题。例如：运行的类不存在或者内存溢出等。
  • Exception//运行时出现的异常情况。
    • RuntimeException//特殊的异常类，Exception 的子类，抛出时不需要做声明。
• 注：Error 和 Exception 的子类名称都是以父类名做为后缀。

特点

1. 异常体系中所有类以及建立的对象都具备可抛性；
2. 可以被 throw 和 throws 关键字所修饰操作；
3. 只有异常体系才具备这个特点。

3. 分类

编译时异常

• 异常在编译时，如果没有做任何处理（没有抛也没有 try），编译失败。
• 异常被标识，代表可以被处理。

运行时异常

• 编译时不需要处理，编译器不检查。
• 异常发生时，Java 建议不处理，让程序停止。
• 需要对代码进行修正。（例如：RuntimeException 以及 RuntimeException 的子类）

4. 处理

• Java 中提供了特有的语句进行处理：

    try{
    	需要检测的语句;
    }catch(异常类 变量){
    	处理异常的语句（方式）;
    }finally{
    	一定要执行的语句;
    }
  

  • 这些特有语句的处理方式有三种结合情况：

      1.
      	try{
      		需要检测的语句;
      	}catch(异常类 变量){
      		处理异常的语句（方式）;
      	}
      2.
      	try{
      		需要检测的语句;
      	}finally{
      		一定要执行的语句;
      	}
      3.
      	try{
      		需要检测的语句;
      	}catch(异常类 变量){
      		处理异常的语句（方式）;
      	}finally{
      		一定要执行的语句;
      	}
    

  • 注：

    1. finally 中定义的一般是关闭资源的代码，资源使用完后必须释放。
    2. 如果存在一些功能是必须执行的，可以使用 try{}finally{} 的方式，将必须执行的语句放在 finally 代码块中。
    3. finally 只有一种情况是不会执行的，在进入 finally 之前就先执行了 System.exit(0); 时，已经是退出了程序，finally 就不会执行的。

• throw 和 throws 的用法：

  • throw 定义在函数内，用于抛出异常对象。
  • throws 定义在函数上，用于抛出异常类，可以抛出多个对象，使用 ， 隔开即可。
    • 当函数的内容有 throw 抛出异常对象，但没 try 处理时，必须在函数上声明，否则会导致编译失败。
  • 注：RuntimeException 除外，函数内如果抛出的是 RuntimeException 异常，函数上不需要声明。

• 抛出信息的处理：

  • 函数中出现了 throw 抛出异常对象时，要么是在函数内部进行 try 的处理，要么是在函数上声明，让函数的调用者去处理。

  • 对于捕获到的异常对象常见的操作方法：

      getMessage();//获取异常信息，返回字符串
      toString();//获取异常类名和异常信息，返回字符串
      printStackTrace();//获取异常类名、异常信息以及异常在程序中出现的位置，返回值 void，JVM 默认的异常处理机制中，就是调用 PrintStackTrace() 方法来打印异常的堆栈跟踪信息
      printStackTrace(PrintStream s);//将异常内容保存在日志文件中
    

5. 自定义

• 对于一些特有的问题，这些特有的问题没有被 Java 所描述封装为对象，对于这些特有的问题，可以按照 Java 的面向对象思想将问题进行自定义的异常封装，这就是自定义异常。
  • 自定义异常类继承 Exception 或 RuntimeException
    1. 让自定义异常类具备可抛性。
    2. 让自定义异常类具备操作异常的共性方法。
  • 如何自定义异常信息？

    • 自定义异常信息可以使用父类已定义好的功能，异常信息传递给父类的构造函数，由于父类中已经把异常信息的操作都完成了，子类只需在构造函数中，通过 super 语句将异常信息传递给父类，就可以通过 getMessage() 方法获取自定义的异常信息了。

    • 例如：

      

      • 说明：定义异常时，如果异常的发生，会导致无法继续进行运算，则让自定义异常类继承 RuntimeException。

    • 注意：自定义异常必须是自定义异常类有继承关系，一般继承 Exception。

      • 自定义异常类继承 Exception 的原因？
        • 异常体系的特点就是异常类和异常对象都具备可抛性，这个可抛性是 Throwable 体系中独有的特点，只有这个体系中的类和对象才可以被 throw 和 throws 所操作。

6. 好处与原则

好处

1. 将问题进行封装。
2. 将正常流程的代码和问题处理的代码分离，便于阅读。

原则

1. 处理方式：try 或 throws。
2. 调用到抛出异常的功能时，需要对所有抛出的异常进行处理，一个 try 可以对应多个 catch。
3. 多个 catch 时，父类的 catch 需放到最后面，否则编译会报错，因为执行了父类的 catch 语句后，其余的 catch 语句将无法执行到。
4. catch 中需要定义针对性的处理方式，一般不建议简单的定义 PrintStackTrace 输出语句，也不建议不做处理。

   1. 如果捕获的异常在本功能内处理不了的话，可继续在 catch 中抛出。

      • 例如：

        

   2. 如果捕获的异常在本功能内处理不了的话，但并不属于本功能出现的异常，可以将异常转换后再抛出。

   3. 如果捕获的异常在本功能内可以处理的话，但需要将异常产生后和本功能相关的问题提供出去给调用者，可以将异常转换后再抛出。

      • 例如：

        

7. 注意事项

1. 异常问题在内部被解决就无需声明。
2. catch 是用于处理异常，如果没有 catch，就代表异常问题没有被处理，该异常如果是检测时异常，就必须声明。
3. 子父类重写（覆盖）时：
   1. 子类抛出的异常必须是父类异常的子类或者子集。
   2. 父类或接口没有异常抛出时，子类重写（覆盖）出现异常时，只能 try，不能抛。

      • 例如：

        

四、包（package）

1. 概述

• Java 中将 package 称为包，相当于文件夹，包里面一般存放的是类文件。由于在编写程序时，难免存在类名相同的情况，为了便于对类进行分类管理，Java 便提供了包，以包的形式存放不同的类，在不同的包中可以有相同的类名，只需在调用时连同包名一起即可。
  • 包也是一种封装的形式。

2. 作用

1. 为了避免多个类重名的情况，出现多个相同名字的类时，可通过包将其区分，避免冲突。
2. 对类文件进行分类管理，可以将相关的类放在同个包中。
3. 包的出现将 Java 的源文件和类文件分离。
4. 给类提供了多层命名空间。
   • 例如：
     • a 包中的 Demo.class 文件，如果要创建 Demo 对象，在使用时需加上 a.
     • a.Demo demo = new a.Demo();

3. 规则

1. 包必须写在程序的第一行，先有包，才知道类文件的存放位置。
2. 类的全称：包.类名。
3. 编译定义了包的程序文件时，在编译时需指定包的存放目录。
   • 例如：javac -d e:\Demo\mypack 类名.java

4. 包与包之间的访问

1. 被访问的包里类的权限必须是 public。
2. 访问其它包中的类时，需定义类的全称：包名.类名。
3. 包如果不在当前路径的话，需使用 classpath 设置环境变量，为 JVM 指明路径。
4. 类中的成员权限必须是 public 或 protected。

   • 类公有后，被访问的成员也要公有才能被访问。

   • protected 是为子类提供的一种权限。

   • 同个包中，protected 只做用为覆盖。

   • 不同包中的子类可以直接访问父类中被 protected 权限修饰符所修饰的成员。

   • 四种权限修饰符：

     

     • 注：由于被 public 所修饰的类名必须与 java 文件名相同，因此在一个 .java 文件中，不允许出现两个或以上的公有类或接口。

5. 导入（import）

• 一个程序文件中只有一个 package，可以有多个 import，import 导入的是包中的类，不导入包中的包。
• import 可以简化类名，在调用其它包中的类时，需要写类的全称，就是连同包名一起书写，当类存在多层包中时，使用 import 导入后，使用该类时，可以不加包名。
  • 例如：
    • a.b.c.pack.Demo
    • 导入的格式为 import a.b.c.pack.Demo;
    • 使用该类时，可直接写 Demo
• 注意事项：
  1. 导入不同包中有想同类时，必须写类的全称以做区分，否则会报错。
  2. 定义包名不能重复，可以使用 url 来定义，url 是唯一的。
     • 例如：package com.java.Demo
  3. 导入包时，如果包中有很多类，可以使用通配符 * 代替包中所有的类，但不建议使用通配符 *，因为这样会将不需要使用的类一同导入，会占用内存空间，编写程序时，需要使用包里的哪些类就导入哪些类。

6. jar 包

• 类越来越多时，可以使用包类封装。包越来越多时，可以将包进行压缩，Java 中通过 jar 工具对包进行压缩，压缩后的的后缀名为 jar。
• jar.exe 工具的常用命令：
  • 创建 jar 包
    • jar -cvf mypack.jar mypack
  • 查看 jar 包
    • jar -tvf mypack.jar
  • 解压缩
    • jar -xvf mypack.jar
  • 自定义 jar 包的清单文件
    • jar -cvfm mypack.jar mypack.mf mypack
• 好处：
  1. 数据库、驱动、SSH框架等都是以 jar 包体现的。
  2. 将多个包压缩为一个 jar 包文件，便于项目携带。
  3. 便于使用，只要在 classpath 设置 jar 包的路径，即可执行 jar 包中的 java 程序。