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Java 继承（Inheritance）

继承是面向对象编程的核心特性之一，它允许子类继承父类的属性和方法，实现代码复用和建立类之间的层次关系。理解继承是掌握面向对象编程的关键。本章将详细介绍 Java 中的继承机制。

单继承与继承链​

什么是继承​

继承（Inheritance）是子类继承父类的属性和方法，实现代码复用。

语法：class 子类 extends 父类

// 父类（基类、超类）
public class Animal {
    protected String name;
    protected int age;
    
    public void eat() {
        System.out.println(name + " 正在吃东西");
    }
    
    public void sleep() {
        System.out.println(name + " 正在睡觉");
    }
}

// 子类（派生类）
public class Dog extends Animal {
    public void bark() {
        System.out.println(name + " 在叫");
    }
}

// 使用
Dog dog = new Dog();
dog.name = "旺财";
dog.eat();   // 继承自父类
dog.bark();  // 子类特有方法

Java 单继承​

Java 只支持单继承，一个类只能继承一个父类。

// ✅ 正确：单继承
public class Dog extends Animal { }

// ❌ 错误：不能多继承
// public class Dog extends Animal, Mammal { }

为什么单继承：

  • 避免多重继承的复杂性
  • 简化类层次结构
  • 减少命名冲突

继承链​

继承可以形成链式结构：

// 第一层：动物
public class Animal {
    protected String name;
    
    public void eat() {
        System.out.println(name + " 吃东西");
    }
}

// 第二层：哺乳动物
public class Mammal extends Animal {
    public void giveBirth() {
        System.out.println(name + " 是胎生");
    }
}

// 第三层：狗
public class Dog extends Mammal {
    public void bark() {
        System.out.println(name + " 汪汪叫");
    }
}

// 继承链：Animal -> Mammal -> Dog
Dog dog = new Dog();
dog.name = "旺财";
dog.eat();        // 来自 Animal
dog.giveBirth();  // 来自 Mammal
dog.bark();       // 来自 Dog

Object 类​

所有类都继承自 Object 类（如果没有显式继承）。

// 等价于：public class Student extends Object
public class Student {
    // ...
}

// Object 类的方法
Student student = new Student();
student.toString();  // 继承自 Object
student.equals(student);  // 继承自 Object
student.hashCode();  // 继承自 Object

super 关键字​

super 的作用​

super 用于引用父类的成员（属性、方法、构造方法）。

访问父类属性​

public class Animal {
    protected String name = "动物";
}

public class Dog extends Animal {
    private String name = "狗";
    
    public void display() {
        System.out.println(super.name);  // 父类的 name："动物"
        System.out.println(this.name);    // 子类的 name："狗"
    }
}

调用父类方法​

public class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("动物吃东西");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        super.eat();  // 调用父类方法
        System.out.println("狗吃骨头");
    }
}

// 使用
Dog dog = new Dog();
dog.eat();
// 输出：
// 动物吃东西
// 狗吃骨头

调用父类构造方法​

子类构造方法必须调用父类构造方法。

public class Animal {
    protected String name;
    protected int age;
    
    public Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

public class Dog extends Animal {
    private String breed;
    
    public Dog(String name, int age, String breed) {
        super(name, age);  // 必须调用父类构造方法
        this.breed = breed;
    }
}

规则：

  • super() 必须是子类构造方法的第一条语句
  • 如果没有显式调用，编译器会自动调用父类的无参构造方法
  • 如果父类没有无参构造方法，必须显式调用有参构造方法
public class Animal {
    private String name;
    
    // 只有有参构造方法
    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }
}

public class Dog extends Animal {
    public Dog(String name) {
        super(name);  // 必须显式调用
    }
    
    // ❌ 错误：如果没有 super(name)，会尝试调用 super()，但父类没有无参构造
}

方法重写（Override）​

什么是方法重写​

方法重写（Override）是子类重新定义父类的方法，提供自己的实现。

public class Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("动物发出声音");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("汪汪汪");
    }
}

// 使用
Animal animal = new Dog();
animal.makeSound();  // 汪汪汪（调用子类重写的方法）

重写的规则​

  1. 方法签名相同：方法名、参数列表必须相同
  2. 返回类型兼容：返回类型相同或是子类
  3. 访问修饰符不能更严格：可以更宽松，不能更严格
  4. 不能重写 private 方法：private 方法不能被重写
  5. 不能重写 final 方法：final 方法不能被重写
  6. 不能重写 static 方法：static 方法不能被重写（可以隐藏）
public class Animal {
    public void method1() { }
    protected void method2() { }
    private void method3() { }
    public final void method4() { }
    public static void method5() { }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void method1() { }  // ✅ 可以重写
    
    @Override
    public void method2() { }  // ✅ 可以重写（访问修饰符更宽松）
    
    // @Override
    // private void method3() { }  // ❌ 不能重写 private 方法
    
    // @Override
    // public void method4() { }  // ❌ 不能重写 final 方法
    
    // @Override
    // public static void method5() { }  // ❌ 不能重写 static 方法（可以隐藏）
}

@Override 注解​

@Override 注解用于标识重写的方法，编译器会检查是否正确重写。

public class Animal {
    public void eat() { }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void eat() { }  // ✅ 正确重写
    
    // @Override
    // public void eat(String food) { }  // ❌ 编译错误：不是重写，是重载
}

好处：

  • 编译器检查重写是否正确
  • 代码更清晰
  • 如果父类方法签名改变，会提示错误

重写 vs 重载​

特性重写（Override）重载（Overload）
方法名相同相同
参数列表相同不同
返回类型相同或子类可以不同
访问修饰符不能更严格可以不同
发生位置继承关系中同一类中
public class Animal {
    public void eat() { }
    public void eat(String food) { }  // 重载
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void eat() { }  // 重写父类的 eat()
    
    // 这是重载，不是重写
    public void eat(String food, int amount) { }
}

继承的访问控制​

继承中的访问修饰符​

public class Animal {
    public String publicField;
    protected String protectedField;
    String defaultField;
    private String privateField;
    
    public void publicMethod() { }
    protected void protectedMethod() { }
    void defaultMethod() { }
    private void privateMethod() { }
}

public class Dog extends Animal {
    public void test() {
        publicField = "public";      // ✅ 可以访问
        protectedField = "protected"; // ✅ 可以访问（子类）
        defaultField = "default";     // ✅ 可以访问（同一包）
        // privateField = "private"; // ❌ 不能访问
        
        publicMethod();      // ✅ 可以访问
        protectedMethod();   // ✅ 可以访问（子类）
        defaultMethod();     // ✅ 可以访问（同一包）
        // privateMethod();  // ❌ 不能访问
    }
}

实际示例​

示例 1：完整的继承示例​

// 父类：动物
public class Animal {
    protected String name;
    protected int age;
    
    public Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    public void eat() {
        System.out.println(name + " 正在吃东西");
    }
    
    public void sleep() {
        System.out.println(name + " 正在睡觉");
    }
    
    public void makeSound() {
        System.out.println(name + " 发出声音");
    }
    
    public void displayInfo() {
        System.out.println("姓名：" + name);
        System.out.println("年龄：" + age);
    }
}

// 子类：狗
public class Dog extends Animal {
    private String breed;
    
    public Dog(String name, int age, String breed) {
        super(name, age);  // 调用父类构造方法
        this.breed = breed;
    }
    
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println(name + " 汪汪叫");
    }
    
    public void bark() {
        System.out.println(name + " 在叫");
    }
    
    @Override
    public void displayInfo() {
        super.displayInfo();  // 调用父类方法
        System.out.println("品种：" + breed);
    }
}

// 使用
Dog dog = new Dog("旺财", 3, "金毛");
dog.eat();        // 继承自父类
dog.makeSound();  // 重写的方法
dog.bark();       // 子类特有方法
dog.displayInfo();  // 重写的方法

示例 2：继承链​

// 第一层：交通工具
public class Vehicle {
    protected String brand;
    protected int speed;
    
    public Vehicle(String brand) {
        this.brand = brand;
        this.speed = 0;
    }
    
    public void start() {
        System.out.println(brand + " 启动");
    }
    
    public void stop() {
        speed = 0;
        System.out.println(brand + " 停止");
    }
}

// 第二层：汽车
public class Car extends Vehicle {
    private int doors;
    
    public Car(String brand, int doors) {
        super(brand);
        this.doors = doors;
    }
    
    public void drive() {
        speed = 60;
        System.out.println(brand + " 汽车行驶，速度：" + speed);
    }
}

// 第三层：跑车
public class SportsCar extends Car {
    private int maxSpeed;
    
    public SportsCar(String brand, int doors, int maxSpeed) {
        super(brand, doors);
        this.maxSpeed = maxSpeed;
    }
    
    @Override
    public void drive() {
        speed = 120;
        System.out.println(brand + " 跑车高速行驶，速度：" + speed);
    }
    
    public void race() {
        System.out.println(brand + " 参加比赛");
    }
}

// 使用
SportsCar car = new SportsCar("保时捷", 2, 300);
car.start();   // 来自 Vehicle
car.drive();   // 重写的方法
car.race();    // 子类特有方法
car.stop();    // 来自 Vehicle

示例 3：方法重写​

public class Shape {
    protected String name;
    
    public Shape(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    public double getArea() {
        return 0;  // 默认实现
    }
    
    public void display() {
        System.out.println("形状：" + name);
        System.out.println("面积：" + getArea());
    }
}

public class Circle extends Shape {
    private double radius;
    
    public Circle(double radius) {
        super("圆形");
        this.radius = radius;
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}

public class Rectangle extends Shape {
    private double width;
    private double height;
    
    public Rectangle(double width, double height) {
        super("矩形");
        this.width = width;
        this.height = height;
    }
    
    @Override
    public double getArea() {
        return width * height;
    }
}

// 使用
Shape circle = new Circle(5);
circle.display();  // 调用重写的 getArea()

Shape rectangle = new Rectangle(4, 6);
rectangle.display();  // 调用重写的 getArea()

继承的优缺点​

优点​

  1. 代码复用：子类自动拥有父类功能
  2. 层次结构：建立清晰的类层次
  3. 多态基础：为多态提供支持
  4. 易于维护：修改父类影响所有子类

缺点​

  1. 紧耦合：子类依赖父类
  2. 单继承限制：不能多继承
  3. 可能过度使用：不是所有关系都适合继承

小结​

Java 继承要点：

  • 单继承：一个类只能继承一个父类
  • 继承链：可以形成多级继承
  • super 关键字：访问父类成员
  • 方法重写：子类重新定义父类方法
  • Object 类：所有类的根类

关键要点：

  • 使用 extends 关键字继承
  • 子类构造方法必须调用父类构造方法
  • 使用 @Override 注解标识重写
  • super 访问父类成员
  • 理解继承的访问控制

理解了继承，你就能建立类之间的层次关系。在下一章，我们将学习 Java 的多态。