【JavaSE】面向对象三大特征——封装、继承、多态

前言：本文主要介绍思想

封装

封装这一概念并不仅存在与面向对象中，甚至说封装这一概念不仅限于编程中，其实生活中的封装无处不在。比如

需求：你到银行取钱

参数：你只需要提供银行卡和密码

返回值：柜员会将现金取给你。

方法：至于柜员在柜台后面如何验证你的密码、余额，又是如何拿到现金给你，你都不知道也无需知道

———— 这就是封装

封装说白了就是隐藏细节

生活中的例子帮我们理解概念，我们再来看一下程序中的封装

Arrays.sort(arr);

你调用库中的某个方法，来实现某个功能，你只需要传入正确的参数，即可让方法运行，达到你想要的结果，至于方法内部进行了怎样的操作你不知道也无需知道

——这就是封装，方法封装了算法的细节

对于对象来说，访问权限其实也是封装的一种体现

public class User{
    private Long id;
    public Long getId(){
        return id;
    }
    public void setId(Long id){
        this.id=id;
    }
}

比如：

我们经常用private 修饰成员变量，然后选择性地提供public 方法以供外部访问成员变量。

在初学时可能会觉得多此一举，明明可以直接操作成员变量，为啥还要通过get、set方法来操作

举个例子

image

将phone字段封装起来，外部在调用set方法设置手机号时，便可以限制手机号的长度

然后调用get方法时，可以隐去关键信息，让手机号的中间四位数变成*号显示

这里就可以体现出封装的好处：

• 它可以对成员进行更精准的控制
• 让对象和调用者解耦类内部的结构和实现可以自由修改
• 同时也能保证数据的安全性、有效性

继承

继承中有两个非常重要的概念，搞懂这两个概念也就能熟练掌握继承了

is-a

is-a，中文称为“是一种”，简单来说，如果你可以这样描述

Dog is a Animal？ yes

Cat is a Animal？ yes

Apple is a Animal？ no

B 是一种 A，那么B 就继承了 A

能通过is-a 测试，在逻辑上和程序中就能顺利的使用继承关系

拿猫叫狗叫动物叫举例，比如现在Dog和Cat类继承了Animal类

image

然后来看一下这三段代码的编译结果，前两段代码通过了is-a 测试，自然是没有问题，而第三段代码就没有通过is-a测试，所以编译失败。编译器进行了语法检查，检查的方式是从=号右边往左读，右边是不是左边或者右边是不是左边的子类，如果是编译器就会通过，这三段代码不管是从逻辑上还是程序上都好理解。

Animal animal = new Dog();// 编译成功
Dog dog = animal; // 编译失败

animal 变量是用Animal 类来做声明的，自然而然编译器就将其认定为Aniaml类，尽管第二行指向的是Animal的子类Dog，但animal变量的身份现在是Animal类，无法通过is-a 测试导致编译失败

编译器会检查父子类之间的is-a 的关系。

如果你不想要让编译器啰嗦

Animal animal = new Dog();
Dog dog=(Dog)animal;

可以加上强制类型转换，让编译器住嘴，编译器就让这段代码通过了编译，不过后果得自行负责

子类之间不能使用强制类型转换

总结：使用is-a原则就可以判断何时编译成功，何时编译失败，并留意指向的对象类型，就可以判断何时类型转换成功，何时会抛出异常，然后在使用继承前，也可以在逻辑上判断是否该使用继承。

狗是动物嘛？是的，所以狗继承动物没有一点问题。

猫是动物嘛？是的，所以猫继承动物也没问题。

苹果是动物嘛？不是，这在逻辑上说不过去，程序中也不应该让苹果继承动物类，否则会导致程序的整体逻辑混乱

image

当然你完全可以让Apple extends Animal，但这样是完全不合理的

作为开发者应当避免这种乱继承的行为

has-a

has-a 中文意思是“有一个”，它可以用来判断，类与成员的关系，比如

public class Bird extends Animal{
    private String wings;
}

鸟是一种动物，那它可以继承Animal类这是is-a，鸟有翅膀，那Bird（鸟）类可以定义一个成员变量为翅膀，这个翅膀的成员变量就不适合定义在Animal类中也不适合定义在Dog和Cat类中

如果我们想设计出一个职责清晰的类，就需要好好的思考has-a关系。

总结：

• is-a 帮助我们判断父子类的关系
• has-a 帮助我们判断类与成员变量的关系

多态

三大特性的最后一个，也是最重要的一个。多态顾名思义：多种形态，听起来有点抽象。 假设你开了家宠物店，给宠物提供洗澡服务，于是你吩咐店员贴一个公告，咱们店可以让所有的哈士奇洗澡，结果都带着哈士奇来洗澡了。用代码表示就是宠物店提供了一个方法

// 参数是哈士奇，执行的功能是洗澡
public void shower(哈士奇 a);

但好像有点问题，有居民带了一只金毛过来

shower(哈士奇类的对象); //通过，因为转递进来的参数是匹配的
shower(金毛类的对象);   //报错，因为传递进来的参数不是哈士奇
shower(萨摩耶类的对象); //报错，因为传递进来的参数不是哈士奇
shower(猫类的对象);     //报错，因为传递进来的参数不是哈士奇

店员不允许金毛进店，因为你吩咐的是让哈士奇洗，金毛并不是哈士奇，所以不行，然后其他居民带着萨摩耶，柴犬啥的过来，店员都把他们拒之门外，你失去了很多顾客，但你还没办法生气，因为店员尽责的执行了你下达的命令。 这个店员就是编译器，语法不对的地方，它就让你编译失败。 你发现你好像做了一件傻事，明明自己开的是一个宠物店却只规定哈士奇过来洗澡，那生意自然少了很多。

你决定要让各种各样的宠物，哈士奇也行金毛也行

// 方法重载

public void shower(哈士奇，a); //参数是哈士奇
public void shower(哈士奇，a); //参数是金毛
public void shower(哈士奇，a); //参数是萨摩耶
...
...
...

因为宠物品种实在是太多了，你必须考虑各种各样的品种，于是你定义了一万个方法。 然而你发现，这样的成本实在是太高也太麻烦了，问题虽然能够解决，但也导致你筋疲力尽。 于是你决定改变，你重新吩咐店员只要是宠物（动物）过来，就可以享受洗澡服务

//参数是宠物（动物）类，执行的功能是洗澡
public void shower(Animal a);

这个指令一下达，生意立马就好了

shower(哈士奇类的对象); //通过，哈士奇类继承了Animal
shower(金毛类的对象);   //通过，金毛类继承了Animal
shower(萨摩耶类的对象); //通过，萨摩耶类继承了Animal
shower(猫类的对象);     //通过，猫类继承了Animal

因为别人不管是带哈士奇还是萨摩耶，甚至带猫过来都可以，用程序描述就是这段代码 这就是多态的一种体现，你只定义了一个方法和一个参数类型，但是传进来的参数却各种形态都有。 是不是非常方便，通过刚才的例子，我们可以总结一下多态的必要条件：

1. 要有继承
2. 父类引用指向子类对象

image

你参数定义的是Animal类，传进来的参数虽然可以多种多样，但是不能瞎传，得是Animal的子类才可以。 参数类型是父类，传进来的却是子类，这就上面继承说的is-a原则所体现出来的父类的引用指向子类的对象。 这些理解后我们再来深入一些

现在你的宠物点决定扩展业务了，不光要提供洗澡的服务，还有提供进食的服务。

// 宠物类
class Animal{
    //进食方法
    public void eat(){
        System.out.pritln("宠物吃东西啦~");
    }
}

// 你学聪明了，参数一开始设置的就是宠物类，这样所有宠物都可以进来
public void helpEat(Animal a){
    // 调用宠物本身的进食方式
    a.eat();    //打印的结果自然是"宠物吃东西啦~"
}

宠物进食自然是宠物的行为，在程序中行为就是方法，然后你照看宠物进食，并不是你进食，所以宠物来到宠物店后，那就要让宠物自己进食，即调用宠物的进食方法，这么一看好像特别完美。 但你立马又发现问题了，每个不同的宠物品种喜欢吃的东西不一样，吃的方式也不一样，可你现在调用的是单一的宠物进食方法，不管是什么宠物进来，打印的都是一句话，这就很尴尬了，因为狗是这种吃法，猫是另一种吃法，在你这就变成了同一种吃法。 要解决这个问题，就应该体现出，每个宠物吃法的特性。

class 哈士奇 extends Animal {
    @Override
    public void eat(){
        System.out.pringln("哈士奇开始吃狗粮啦~");
    }
}
class 狸花猫 extends Animal {
    @Override
    public void eat(){
        System.out.pringln("哈士奇开始吃猫粮啦~");
    }
}
class 东北虎 extends Animal {
    @Override
    public void eat(){
        System.out.pringln("东北虎开始吃肉啦~");
    }
}

自身的特性用程序语言描述就是方法的重写嘛，各品种的宠物重写了方法后

helpEat(哈士奇对象); // 传进来的参数类型是哈士奇对象，打印结果是："哈士奇开始吃狗粮啦~"
helpEat(狸花猫);     // 传进来的参数类型是狸花猫对象，打印结果是："狸花猫开始吃猫粮啦~"
helpEat(东北虎);     // 传进来的参数类型是东北虎对象，打印结果是："东北虎开始吃肉啦~"

宠物店再进行服务的时候，效果就立马不一样了，这里就可以看出多态的好处，当父类的引用指向子类的对象时，调用的方法是子类重写后的方法，即体现了多种类型的传递，又体现了不同类型的特性，即复用了父类的属性和方法又扩展了自己的逻辑，所以继承所使用的关键字是 extends 而不是 inherit 更着重延申和扩展的意思，注意哦，这里的扩展完全不会影响原有逻辑，你宠物店的方法定义好后，无论宠物类的子类怎么扩展，对于当前功能来说，你都无需修改原代码，这也就是常说的开闭原则，对修改关闭，对扩展开放。

可以说多态就是面向对象的核心，它将扩展性达到了最好

到此面向对象三大特性就说完了。 在学习面向对象的时，语法没什么了不起的。 我们学习的应该是设计思路和理念，不是说用了对象就真的复用和扩展了。 如果不经思考滥用，不仅不能发挥面向对象的好处反而会让代码难以理解和难以维护。

image

代码设计是一门学问，也是一门艺术。 做出好的设计需要我们不断见识、不断思考、不断积累。 共勉！