继承：是指一个类拥有另一个类的数据和操作。被继承的类称为父类,继承了父类的数据和操作的类称为子类。通过类的继承,可以实现程序代码的重复使用,使得程序结构清晰,降低编程和维护的工作量。
Java只支持单重继承,不支持多重继承,即一个子类只能有一个父类,但一个父类可以有多个子类,这样使得Java的继承层次形成了树状结构。单重继承使得程序结构变得简单,对于一些复杂的现实问题,当用单重继承不能解决时,Java可以通过实现接口的方式来弥补单重继承的不足,以达到解决复杂问题的目的。

多态：是指程序的多种表现形式，是面向对象程序设计代码重用的一个重要机制。Java中的多态分为方法多态和变量多态,方法多态分为方法重载和方法覆盖。

1.2、类的定义与使用

1.2.1、类的定义—创建类

创建一个类，例如，给这个类命名为Person，就是定义一个class：

class Person {
    public String name;
    public int age;
}

一个class可以包含多个字段（field），字段用来描述一个类的特征。

上面的Person类，我们定义了两个字段，一个是String类型的字段，命名为name，一个是int类型的字段，命名为age。

因此，通过class，把一组数据汇集到一个对象上，实现了数据封装。

public是用来修饰字段的，它表示这个字段可以被外部访问。

1.1.2、类的使用—创建对象

对象是根据类创建的。在Java中，使用关键字new来创建一个新的对象。创建对象需要以下三步：

声明：声明一个对象，包括对象名称和对象类型。
实例化：使用关键字new来创建一个对象。
初始化：使用new创建对象时，会调用构造方法初始化对象。

定义了class，只是定义了对象模版，而要根据对象模版创建出真正的对象实例，必须用new操作符。

new操作符，可以创建一个实例，然后，我们需要定义一个引用类型的变量来指向这个实例：

Person ming = new Person();

上述代码创建了一个Person类型的实例，并通过变量ming指向它。

注意区分Person ming是定义Person类型的变量ming，而new Person()是创建Person实例。

访问实例变量和方法

有了指向这个实例的变量，我们就可以通过这个变量来操作实例。访问实例变量可以用变量.字段，例如：

ming.name = "Xiao Ming"; // 对字段name赋值
ming.age = 12; // 对字段age赋值
System.out.println(ming.name); // 访问字段name

Person hong = new Person();
hong.name = "Xiao Hong";
hong.age = 15;

1.3、源文件声明规则

当在一个源文件中定义多个类，并且还有import语句和package语句时，要特别注意这些规则。

一个源文件中只能有一个public类
一个源文件可以有多个非public类
源文件的名称应该和public类的类名保持一致。例如：源文件中public类的类名是Employee，那么源文件应该命名为Employee.java。
如果一个类定义在某个包中，那么package语句应该在源文件的首行。
如果源文件包含import语句，那么应该放在package语句和类定义之间。如果没有package语句，那么import语句应该在源文件中最前面。
import语句和package语句对源文件中定义的所有类都有效。在同一源文件中，不能给不同的类不同的包声明。

类有若干种访问级别，并且类也分不同的类型：抽象类和final类等。这些将在访问控制章节介绍。

除了上面提到的几种类型，Java还有一些特殊的类，如：内部类、匿名类。

二、方法

一个class可以包含多个field，但是，直接把field用public暴露给外部可能会破坏封装性。为了避免外部代码直接去访问field，我们可以用private修饰field，拒绝外部访问。

把field从public改成private，外部代码不能访问这些field，需要使用方法（method）来让外部代码可以间接修改field，外部代码可以调用方法来间接修改private字段，在方法内部，我们就有机会检查参数对不对。

方法可以让外部代码安全地访问实例字段；
方法是一组执行语句，并且可以执行任意逻辑；
方法内部遇到return时返回，void表示不返回任何值（注意和返回null不同）；
外部代码通过public方法操作实例，内部代码可以调用private方法；
理解方法的参数绑定。

2.1、方法的定义与使用

2.1.1、定义

从上面的代码可以看出，定义方法的语法是：

修饰符 方法返回类型 方法名(方法参数列表) {
    若干方法语句;
    return 方法返回值;
}

方法返回值通过return语句实现，如果没有返回值，返回类型设置为void，可以省略return。

class Person {
    private String name;
    public int age;

    public String getName() {
        return this.name;
    }

    public void setName(String name) {
    if (name == null || name.isBlank()) {
        throw new IllegalArgumentException("invalid name");
    }
    this.name = name.strip(); // 去掉首尾空格
}

2.2.2、private方法

有public方法，自然就有private方法。和private字段一样，private方法不允许外部调用，那我们定义private方法有什么用？

定义private方法的理由，是内部方法是可以调用private方法的。例如：

class Person {
    private String name;
    private int birth;

    public void setBirth(int birth) {
        this.birth = birth;
    }

    public int getAge() {
        return calcAge(2019); // ===调用private方法
    }

    // =====private方法:
    private int calcAge(int currentYear) {
        return currentYear - this.birth;
    }
}

观察上述代码，calcAge()是一个private方法，外部代码无法调用，但是，内部方法getAge()可以调用它。

此外，我们还注意到，这个Person类只定义了birth字段，没有定义age字段，获取age时，通过方法getAge()返回的是一个实时计算的值，并非存储在某个字段的值。这说明方法可以封装一个类的对外接口，调用方不需要知道也不关心Person实例在内部到底有没有age字段。

2.2.3、this变量

在方法内部，可以使用一个隐含的变量this，它始终指向当前实例。因此，通过this.field就可以访问当前实例的字段。

如果没有命名冲突，可以省略this。例如：

class Person {
    private String name;

    public String getName() {
        return name; // 相当于this.name
    }
}

但是，如果有局部变量和字段重名，那么局部变量优先级更高，就必须加上this：

class Person {
    private String name;

    public void setName(String name) {
        this.name = name; // 前面的this不可少，少了就变成局部变量name了
    }
}

2.2.4、方法的调用

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person ming = new Person();
        ming.setBirth(2008);
        System.out.println(ming.getAge());
    }
}

2.2、方法的参数

2.2.1、方法参数

方法可以包含0个或任意个参数。方法参数用于接收传递给方法的变量值。

调用方法时，必须严格按照参数的定义一一传递。例如：

class Person {
    ...
    public void setNameAndAge(String name, int age) {
        ...
    }
}

调用这个setNameAndAge()方法时，必须有两个参数，且第一个参数必须为String，第二个参数必须为int：

Person ming = new Person();
ming.setNameAndAge("Xiao Ming"); // 编译错误：参数个数不对
ming.setNameAndAge(12, "Xiao Ming"); // 编译错误：参数类型不对

2.2.2、可变参数

可变参数用类型...定义，可变参数相当于数组类型：

class Group {
    private String[] names;//===

    public void setNames(String... names)//====
   {
        this.names = names;
    }
}

上面的setNames()就定义了一个可变参数。调用时，可以这么写：

Group g = new Group();
g.setNames("Xiao Ming", "Xiao Hong", "Xiao Jun"); // 传入3个String
g.setNames("Xiao Ming", "Xiao Hong"); // 传入2个String
g.setNames("Xiao Ming"); // 传入1个String
g.setNames(); // 传入0个String

完全可以把可变参数改写为String[]类型：

class Group {
    private String[] names;//====

    public void setNames(String[] names)//=====
    {
        this.names = names;
    }
}

但是，调用方需要自己先构造String[]，比较麻烦。例如：

Group g = new Group();
g.setNames(new String[] {"Xiao Ming", "Xiao Hong", "Xiao Jun"}); // 传入1个String[]

另一个问题是，调用方可以传入null：

Group g = new Group();
g.setNames(null);

而可变参数可以保证无法传入null，因为传入0个参数时，接收到的实际值是一个空数组而不是null。

2.2.3、参数绑定

调用方把参数传递给实例方法时，调用时传递的值会按参数位置一一绑定。

基本类型参数：八大基本类型引用类型参数：Sring等

基本类型参数的传递，是调用方值的复制。双方各自的后续修改，互不影响。

引用类型参数的传递，调用方的变量，和接收方的参数变量，指向的是同一个对象。双方任意一方对这个对象的修改，都会影响对方（因为指向同一个对象嘛）。

2.3、构造方法

构造方法：创建对象实例时，就把内部字段，全部初始化为合适的值

构造方法的名称，就是类名

构造方法的参数，没有限制，在方法内部，也可以编写任意语句。

但是，和普通方法相比，构造方法没有返回值（也没有void），调用构造方法，必须用new操作符


class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {//====
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    public String getName() {
        return this.name;
    }

    public int getAge() {
        return this.age;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Person("Xiao Ming", 15);//===
        System.out.println(p.getName());
        System.out.println(p.getAge());
    }
}

2.3.1、默认构造方法

是不是任何class都有构造方法？是的。那前面我们并没有为Person类编写构造方法，为什么可以调用new Person()？

如果一个类没有定义构造方法，编译器会自动为我们生成一个默认构造方法，它没有参数，也没有执行语句，类似这样：

class Person {
    public Person() {
    }
}

注意：若，自定义了一个构造方法，则编译器就不再自动创建默认构造方法

没有在构造方法中初始化字段时，

引用类型的字段默认是null，数值类型的字段用默认值，int类型默认值是0，布尔类型默认值是false：

class Person {
    private String name; // 默认初始化为null
    private int age; // 默认初始化为0

    public Person() {
    }
}

也可以对字段直接进行初始化：

class Person {
    private String name = "Unamed";
    private int age = 10;
}

那么问题来了：既对字段进行初始化，又在构造方法中对字段进行初始化：

class Person {
    private String name = "Unamed";
    private int age = 10;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

当我们创建对象的时候，new Person("Xiao Ming", 12)得到的对象实例，字段的初始值是啥？

在Java中，创建对象实例的时候，按照如下顺序进行初始化：

先初始化字段；
执行构造方法的代码进行初始化。

因此，构造方法的代码由于后运行，所以，new Person("Xiao Ming", 12)的字段值最终由构造方法的代码确定。

2.3.2、多构造方法

如果既要能使用带参数的构造方法，又想保留不带参数的构造方法，那么只能把两个构造方法都定义出来：

可以定义多个构造方法，在通过new操作符调用的时候，编译器通过构造方法的参数数量、位置和类型自动区分：

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public Person(String name) {
        this.name = name;
        this.age = 12;
    }

    public Person() {
    }
}

如果调用new Person("Xiao Ming", 20);，会自动匹配到构造方法public Person(String, int)。

如果调用new Person("Xiao Ming");，会自动匹配到构造方法public Person(String)。

如果调用new Person();，会自动匹配到构造方法public Person()。

一个构造方法可以调用其他构造方法，这样做的目的是便于代码复用。调用其他构造方法的语法是this(…)：

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public Person(String name) {
        this(name, 18); // 调用另一个构造方法Person(String, int)
    }

    public Person() {
        this("Unnamed"); // 调用另一个构造方法Person(String)
    }
}

2.4、方法重载

在一个类中，我们可以定义多个方法。

如果有一系列方法，它们的功能都是类似的，只有参数有所不同，

那么，可以把这一组方法名做成同名方法。

这种方法名相同，但各自的参数不同，称为方法重载（Overload）。

例如，在Hello类中，定义多个hello()方法：

class Hello {
    public void hello() {
        System.out.println("Hello, world!");
    }

    public void hello(String name) {
        System.out.println("Hello, " + name + "!");
    }

    public void hello(String name, int age) {
        if (age < 18) {
            System.out.println("Hi, " + name + "!");
        } else {
            System.out.println("Hello, " + name + "!");
        }
    }
}

注意：方法重载的返回值类型通常都是相同的。

方法重载的目的是，功能类似的方法使用同一名字，更容易记住，因此，调用起来更简单

三、继承

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。

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) { … }
}

在OOP（面向对象编程）的术语中，

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）。

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。

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。

3.1 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。
- 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!
    }
}
```
3.2 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。
- ```
class Student extends Person {
    public String hello() {
        return "Hello, " + super.name;
    }
}
```
  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。

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：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。

3.3 向上转型：把一个子类型安全地转为更加抽象的父类型

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。

3.3 向下转型：父类类型强制转为子类类型

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(); // Person类型变量p1  实际指向Student实例
Person p2 = new Person();  // Person类型变量p2  实际指向Person实例
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：

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); // false

instanceof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
}

3.4 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。

四、多态

4.1 覆写（Override）

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:
- 如果方法签名如果不同，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 {
    
    public void run(String s) { … } // 不是Override，因为参数不同:
    
    public int run() { … }   // 不是Override，因为返回值不同:
}

@Override不是必需的，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。

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();

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？

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。

4.2、多态 Polymorphic

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

有童鞋会问，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，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？

我们还是来举栗子。

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;
}

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;
    }
}

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;
    }
}

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
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。

TUJC

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02—java面向对象

一、类与对象

1.1、类与对象的概念

1.1.1、概念

1.1.2、面向对象的特征