蓝桥杯JAVA--启蒙之路（七）继承多态
一前言
今天不知道哪来的斗志，感觉状态在回归，所有多写一点，这次的内容我感觉是很重要的。
大家一起努力吧。
二主要内容
继承
在前面的章节中，我们已经定义了Person类：
class Person { private String name; private int age; public String getName() {...} public void setName(String name) {...} public int getAge() {...} public void setAge(int age) {...} }现在，假设需要定义一个Student类，字段如下：
class Student { private String name; private int age; private int score; public String getName() {...} public void setName(String name) {...} public int getAge() {...} public void setAge(int age) {...} public int getScore() { … } public void setScore(int score) { … } }仔细观察，发现Student类包含了Person类已有的字段和方法，只是多出了一个score字段和相应的getScore()、setScore()方法。
能不能在Student中不要写重复的代码？
这个时候，继承就派上用场了。
继承是面向对象编程中非常强大的一种机制，它首先可以复用代码。当我们让Student从Person继承时，Student就获得了Person的所有功能，我们只需要为Student编写新增的功能。
Java使用extends关键字来实现继承：
class Person { private String name; private int age; public String getName() {...} public void setName(String name) {...} public int getAge() {...} public void setAge(int age) {...} } class Student extends Person { // 不要重复name和age字段/方法, // 只需要定义新增score字段/方法: private int score; public int getScore() { … } public void setScore(int score) { … } }可见，通过继承，Student只需要编写额外的功能，不再需要重复代码。
注意
子类自动获得了父类的所有字段，严禁定义与父类重名的字段！
在OOP的术语中，我们把Person称为超类（super class），父类（parent class），基类（base class），把Student称为子类（subclass），扩展类（extended class）。
继承树
注意到我们在定义Person的时候，没有写extends。在Java中，没有明确写extends的类，编译器会自动加上extends Object。所以，任何类，除了Object，都会继承自某个类。下图是Person、Student的继承树：
┌───────────┐ │ Object │ └───────────┘ ▲ │ ┌───────────┐ │ Person │ └───────────┘ ▲ │ ┌───────────┐ │ Student │ └───────────┘Java只允许一个class继承自一个类，因此，一个类有且仅有一个父类。只有Object特殊，它没有父类。
类似的，如果我们定义一个继承自Person的Teacher，它们的继承树关系如下：
┌───────────┐ │ Object │ └───────────┘ ▲ │ ┌───────────┐ │ Person │ └───────────┘ ▲ ▲ │ │ │ │ ┌───────────┐ ┌───────────┐ │ Student │ │ Teacher │ └───────────┘ └───────────┘protected
继承有个特点，就是子类无法访问父类的private字段或者private方法。例如，Student类就无法访问Person类的name和age字段：
class Person { private String name; private int age; } class Student extends Person { public String hello() { return "Hello, " + name; // 编译错误：无法访问name字段 } }这使得继承的作用被削弱了。为了让子类可以访问父类的字段，我们需要把private改为protected。用protected修饰的字段可以被子类访问：
class Person { protected String name; protected int age; } class Student extends Person { public String hello() { return "Hello, " + name; // OK! } }因此，protected关键字可以把字段和方法的访问权限控制在继承树内部，一个protected字段和方法可以被其子类，以及子类的子类所访问，后面我们还会详细讲解。
super
super关键字表示父类（超类）。子类引用父类的字段时，可以用super.fieldName。例如：
class Student extends Person { public String hello() { return "Hello, " + super.name; } }实际上，这里使用super.name，或者this.name，或者name，效果都是一样的。编译器会自动定位到父类的name字段。
但是，在某些时候，就必须使用super。我们来看一个例子：
// super public class Main { public static void main(String[] args) { Student s = new Student("Xiao Ming", 12, 89); } } class Person { protected String name; protected int age; public Person(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } } class Student extends Person { protected int score; public Student(String name, int age, int score) { this.score = score; } }运行上面的代码，会得到一个编译错误，大意是在Student的构造方法中，无法调用Person的构造方法。
这是因为在Java中，任何class的构造方法，第一行语句必须是调用父类的构造方法。如果没有明确地调用父类的构造方法，编译器会帮我们自动加一句super();，所以，Student类的构造方法实际上是这样：
class Student extends Person { protected int score; public Student(String name, int age, int score) { super(); // 自动调用父类的构造方法 this.score = score; } }但是，Person类并没有无参数的构造方法，因此，编译失败。
解决方法是调用Person类存在的某个构造方法。例如：
class Student extends Person { protected int score; public Student(String name, int age, int score) { super(name, age); // 调用父类的构造方法Person(String, int) this.score = score; } }这样就可以正常编译了！
因此我们得出结论：如果父类没有默认的构造方法，子类就必须显式调用super()并给出参数以便让编译器定位到父类的一个合适的构造方法。
这里还顺带引出了另一个问题：即子类不会继承任何父类的构造方法。子类默认的构造方法是编译器自动生成的，不是继承的。
阻止继承
正常情况下，只要某个class没有final修饰符，那么任何类都可以从该class继承。
从Java 15开始，允许使用sealed修饰class，并通过permits明确写出能够从该class继承的子类名称。
例如，定义一个Shape类：
public sealed class Shape permits Rect, Circle, Triangle { ... }上述Shape类就是一个sealed类，它只允许指定的3个类继承它。如果写：
public final class Rect extends Shape {...}是没问题的，因为Rect出现在Shape的permits列表中。但是，如果定义一个Ellipse就会报错：
public final class Ellipse extends Shape {...} // Compile error: class is not allowed to extend sealed class: Shape原因是Ellipse并未出现在Shape的permits列表中。这种sealed类主要用于一些框架，防止继承被滥用。
sealed类在Java 15中目前是预览状态，要启用它，必须使用参数--enable-preview和--source 15。
向上转型
如果一个引用变量的类型是Student，那么它可以指向一个Student类型的实例：
Student s = new Student();如果一个引用类型的变量是Person，那么它可以指向一个Person类型的实例：
Person p = new Person();现在问题来了：如果Student是从Person继承下来的，那么，一个引用类型为Person的变量，能否指向Student类型的实例？
Person p = new Student(); // ???测试一下就可以发现，这种指向是允许的！
这是因为Student继承自Person，因此，它拥有Person的全部功能。Person类型的变量，如果指向Student类型的实例，对它进行操作，是没有问题的！
这种把一个子类类型安全地变为父类类型的赋值，被称为向上转型（upcasting）。
向上转型实际上是把一个子类型安全地变为更加抽象的父类型：
Student s = new Student(); Person p = s; // upcasting, ok Object o1 = p; // upcasting, ok Object o2 = s; // upcasting, ok注意到继承树是Student > Person > Object，所以，可以把Student类型转型为Person，或者更高层次的Object。
向下转型
和向上转型相反，如果把一个父类类型强制转型为子类类型，就是向下转型（downcasting）。例如：
Person p1 = new Student(); // upcasting, ok Person p2 = new Person(); Student s1 = (Student) p1; // ok Student s2 = (Student) p2; // runtime error! ClassCastException!如果测试上面的代码，可以发现：
Person类型p1实际指向Student实例，Person类型变量p2实际指向Person实例。在向下转型的时候，把p1转型为Student会成功，因为p1确实指向Student实例，把p2转型为Student会失败，因为p2的实际类型是Person，不能把父类变为子类，因为子类功能比父类多，多的功能无法凭空变出来。
因此，向下转型很可能会失败。失败的时候，Java虚拟机会报ClassCastException。
为了避免向下转型出错，Java提供了instanceof操作符，可以先判断一个实例究竟是不是某种类型：
Person p = new Person(); System.out.println(p instanceof Person); // true System.out.println(p instanceof Student); // false Student s = new Student(); System.out.println(s instanceof Person); // true System.out.println(s instanceof Student); // true Student n = null; System.out.println(n instanceof Student); // falseinstanceof实际上判断一个变量所指向的实例是否是指定类型，或者这个类型的子类。如果一个引用变量为null，那么对任何instanceof的判断都为false。
利用instanceof，在向下转型前可以先判断：
Person p = new Student(); if (p instanceof Student) { // 只有判断成功才会向下转型: Student s = (Student) p; // 一定会成功 }从Java 14开始，判断instanceof后，可以直接转型为指定变量，避免再次强制转型。例如，对于以下代码：
Object obj = "hello"; if (obj instanceof String) { String s = (String) obj; System.out.println(s.toUpperCase()); }可以改写如下：
// instanceof variable: public class Main { public static void main(String[] args) { Object obj = "hello"; if (obj instanceof String s) { // 可以直接使用变量s: System.out.println(s.toUpperCase()); } } }这种使用instanceof的写法更加简洁。
区分继承和组合
在使用继承时，我们要注意逻辑一致性。
考察下面的Book类：
class Book { protected String name; public String getName() {...} public void setName(String name) {...} }这个Book类也有name字段，那么，我们能不能让Student继承自Book呢？
class Student extends Book { protected int score; }显然，从逻辑上讲，这是不合理的，Student不应该从Book继承，而应该从Person继承。
究其原因，是因为Student是Person的一种，它们是is关系，而Student并不是Book。实际上Student和Book的关系是has关系。
具有has关系不应该使用继承，而是使用组合，即Student可以持有一个Book实例：
class Student extends Person { protected Book book; protected int score; }因此，继承是is关系，组合是has关系。
小结
继承是面向对象编程的一种强大的代码复用方式；
Java只允许单继承，所有类最终的根类是Object；
protected允许子类访问父类的字段和方法；
子类的构造方法可以通过super()调用父类的构造方法；
可以安全地向上转型为更抽象的类型；
可以强制向下转型，最好借助instanceof判断；
子类和父类的关系是is，has关系不能用继承。
多态
在继承关系中，子类如果定义了一个与父类方法签名完全相同的方法，被称为覆写（Override）。
例如，在Person类中，我们定义了run()方法：
class Person { public void run() { System.out.println("Person.run"); } }在子类Student中，覆写这个run()方法：
class Student extends Person { @Override public void run() { System.out.println("Student.run"); } }Override和Overload不同的是，如果方法签名不同，就是Overload，Overload方法是一个新方法；如果方法签名相同，并且返回值也相同，就是Override。
注意
方法名相同，方法参数相同，但方法返回值不同，也是不同的方法。在Java程序中，出现这种情况，编译器会报错。
class Person { public void run() { … } } class Student extends Person { // 不是Override，因为参数不同: public void run(String s) { … } // 不是Override，因为返回值不同: public int run() { … } }加上@Override可以让编译器帮助检查是否进行了正确的覆写。希望进行覆写，但是不小心写错了方法签名，编译器会报错。
// override public class Main { public static void main(String[] args) { } } class Person { public void run() {} } public class Student extends Person { @Override // Compile error! public void run(String s) {} }但是@Override不是必需的。
在上一节中，我们已经知道，引用变量的声明类型可能与其实际类型不符，例如：
Person p = new Student();现在，我们考虑一种情况，如果子类覆写了父类的方法：
// override public class Main { public static void main(String[] args) { Person p = new Student(); p.run(); // 应该打印Person.run还是Student.run? } } class Person { public void run() { System.out.println("Person.run"); } } class Student extends Person { @Override public void run() { System.out.println("Student.run"); } }那么，一个实际类型为Student，引用类型为Person的变量，调用其run()方法，调用的是Person还是Student的run()方法？
运行一下上面的代码就可以知道，实际上调用的方法是Student的run()方法。因此可得出结论：
Java的实例方法调用是基于运行时的实际类型的动态调用，而非变量的声明类型。
这个非常重要的特性在面向对象编程中称之为多态。它的英文拼写非常复杂：Polymorphic。
多态
多态是指，针对某个类型的方法调用，其真正执行的方法取决于运行时期实际类型的方法。例如：
Person p = new Student(); p.run(); // 无法确定运行时究竟调用哪个run()方法有同学会说，从上面的代码一看就明白，肯定调用的是Student的run()方法啊。
但是，假设我们编写这样一个方法：
public void runTwice(Person p) { p.run(); p.run(); }它传入的参数类型是Person，我们是无法知道传入的参数实际类型究竟是Person，还是Student，还是Person的其他子类例如Teacher，因此，也无法确定调用的是不是Person类定义的run()方法。
所以，多态的特性就是，运行期才能动态决定调用的子类方法。对某个类型调用某个方法，执行的实际方法可能是某个子类的覆写方法。这种不确定性的方法调用，究竟有什么作用？
我们还是来举例子。
假设我们定义一种收入，需要给它报税，那么先定义一个Income类：
class Income { protected double income; public double getTax() { return income * 0.1; // 税率10% } }对于工资收入，可以减去一个基数，那么我们可以从Income派生出SalaryIncome，并覆写getTax()：
class Salary extends Income { @Override public double getTax() { if (income <= 5000) { return 0; } return (income - 5000) * 0.2; } }如果你享受国务院特殊津贴，那么按照规定，可以全部免税：
class StateCouncilSpecialAllowance extends Income { @Override public double getTax() { return 0; } }现在，我们要编写一个报税的财务软件，对于一个人的所有收入进行报税，可以这么写：
public double totalTax(Income... incomes) { double total = 0; for (Income income: incomes) { total = total + income.getTax(); } return total; }来试一下：
// Polymorphic public class Main { public static void main(String[] args) { // 给一个有普通收入、工资收入和享受国务院特殊津贴的小伙伴算税: Income[] incomes = new Income[] { new Income(3000), new Salary(7500), new StateCouncilSpecialAllowance(15000) }; System.out.println(totalTax(incomes)); } public static double totalTax(Income... incomes) { double total = 0; for (Income income: incomes) { total = total + income.getTax(); } return total; } } class Income { protected double income; public Income(double income) { this.income = income; } public double getTax() { return income * 0.1; // 税率10% } } class Salary extends Income { public Salary(double income) { super(income); } @Override public double getTax() { if (income <= 5000) { return 0; } return (income - 5000) * 0.2; } } class StateCouncilSpecialAllowance extends Income { public StateCouncilSpecialAllowance(double income) { super(income); } @Override public double getTax() { return 0; } }观察totalTax()方法：利用多态，totalTax()方法只需要和Income打交道，它完全不需要知道Salary和StateCouncilSpecialAllowance的存在，就可以正确计算出总的税。如果我们要新增一种稿费收入，只需要从Income派生，然后正确覆写getTax()方法就可以。把新的类型传入totalTax()，不需要修改任何代码。
可见，多态具有一个非常强大的功能，就是允许添加更多类型的子类实现功能扩展，却不需要修改基于父类的代码。
覆写Object方法
因为所有的class最终都继承自Object，而Object定义了几个重要的方法：
toString()：把instance输出为String；equals()：判断两个instance是否逻辑相等；hashCode()：计算一个instance的哈希值。
在必要的情况下，我们可以覆写Object的这几个方法。例如：
class Person { ... // 显示更有意义的字符串: @Override public String toString() { return "Person:name=" + name; } // 比较是否相等: @Override public boolean equals(Object o) { // 当且仅当o为Person类型: if (o instanceof Person) { Person p = (Person) o; // 并且name字段相同时，返回true: return this.name.equals(p.name); } return false; } // 计算hash: @Override public int hashCode() { return this.name.hashCode(); } }调用super
在子类的覆写方法中，如果要调用父类的被覆写的方法，可以通过super来调用。例如：
class Person { protected String name; public String hello() { return "Hello, " + name; } } class Student extends Person { @Override public String hello() { // 调用父类的hello()方法: return super.hello() + "!"; } }final
继承可以允许子类覆写父类的方法。如果一个父类不允许子类对它的某个方法进行覆写，可以把该方法标记为final。用final修饰的方法不能被Override：
class Person { protected String name; public final String hello() { return "Hello, " + name; } } class Student extends Person { // compile error: 不允许覆写 @Override public String hello() { } }如果一个类不希望任何其他类继承自它，那么可以把这个类本身标记为final。用final修饰的类不能被继承：
final class Person { protected String name; } // compile error: 不允许继承自Person class Student extends Person { }对于一个类的实例字段，同样可以用final修饰。用final修饰的字段在初始化后不能被修改。例如：
class Person { public final String name = "Unamed"; }对final字段重新赋值会报错：
Person p = new Person(); p.name = "New Name"; // compile error!可以在构造方法中初始化final字段：
class Person { public final String name; public Person(String name) { this.name = name; } }这种方法更为常用，因为可以保证实例一旦创建，其final字段就不可修改。
小结
子类可以覆写父类的方法（Override），覆写在子类中改变了父类方法的行为；
Java的方法调用总是作用于运行期对象的实际类型，这种行为称为多态；
final修饰符有多种作用：
final修饰的方法可以阻止被覆写；final修饰的class可以阻止被继承；final修饰的field必须在创建对象时初始化，随后不可修改。
三最后一语
这两部分的内容还是很难理解的，但是好在写的足够详细，所以大家可以反复多看几次，自己运行一下。
面向大海，春暖花开。
感谢观看，共勉！！