【Java SE语法篇】8.面向对象三大特征——封装、继承和多态
【Java SE语法篇】8.面向对象三大特征——封装、继承和多态
1. 封装
1.1 封装的概念
在面向对象程式设计方法中，封装（英语：Encapsulation）是指一种将抽象性函式接口的实现细节部份包装、隐藏起来的方法。 封装可以被认为是一个保护屏障，防止该类的代码和数据被外部类定义的代码随机访问。 要访问该类的代码和数据，必须通过严格的接口控制。 封装最主要的功能在于我们能修改自己的实现代码，而不用修改那些调用我们代码的程序片段。 适当的封装可以让程式码更容易理解与维护，也加强了程式码的安全性。
1.2 为什么封装
封装的目的是保护数据的安全和完整性，同时隐藏数据的实现细节，提高代码的可维护性和可扩展性，具体有以下几个方面的好处：
- 良好的封装能够减少耦合。
- 类内部的结构可以自由修改。
- 可以对成员变量进行更精确的控制。
- 隐藏信息，实现细节。
1.3 封装的实现步骤
修改属性的可见性来限制属性的访问（用private来修饰），如：
public class Test {
private String name;
private int age;
}这段代码中，将name 和 age 属性设置为私有的，只有在本类中被访问，其他类访问不了，就实现对信息的隐藏。
对每个值属性提供对外的公共方法访问，也就是创建一对赋取值方法，用于对私有属性的访问，例如：
public class Test {
private String name;
private int age;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
}采用 this 关键字是为了解决实例变量和局部变量之间发生的同名的冲突。
2. 继承
2.1 继承的概念
继承是 java 面向对象编程技术的一块基石，因为它允许创建分等级层次的类。
继承就是子类继承父类的特征和行为，使得子类对象（实例）具有父类的实例域和方法，或子类从父类继承方法，使得子类具有父类相同的行为。
生活中的继承
兔子和羊属于食草动物，狮子和老虎属于食肉动物。
食草动物和食肉动物又是属于动物。
所有的继承需要符合的关系：is-a，父类更通用，子类更具体。
虽然食草动物和食肉动物都是属于动物，但是两者的属性和行为上有差别，所以子类会具有父类的一般特性也会具有自身的特性。
2.2 继承的格式
在 Java 中通过关键字 extends 来声明一个类是从另一个类继承而来的，一般格式如下：
class 父类 {
}
class 子类 extends 父类 {
}2.3 为什么继承
接下来我们通过实例的说明这个需求。
开发动物类，其中动物分别为狗和猫，要求如下：
- 狗：属性（姓名，颜色），方法（吃，叫）
- 猫：属性（姓名，颜色），方法（吃，叫）
class Dog{
private String name;
private String color;
public void eat() {
System.out.println(this.name + "正在吃...");
}
public void cry() {
System.out.println(this.name + "正在叫...");
}
}class Cat {
private String name;
private String color;
public void eat() {
System.out.println(this.name + "正在吃...");
}
public void cry() {
System.out.println(this.name + "正在叫...");
}
}从这两段代码可以看出来，代码存在重复了，导致后果就是代码量大且臃肿，而且维护性不高(维护性主要是后期需要修改的时候，就需要修改很多的代码，容易出错)，所以要从根本上解决这两段代码的问题，就需要继承，将两段代码中相同的部分提取出来组成 一个父类：
class Animal {
private String name;
private String color;
public Animal(String name, String color) {
this.name = name;
this.color = color;
}
public void eat() {
System.out.println(this.name + "正在吃...");
}
public void cry() {
System.out.println(this.name + "正在叫...");
}
}这个Animal类就可以作为一个父类，然后狗类和猫类继承这个类之后，就具有父类当中的属性和方法，子类就不会存在重复的代码，维护性也提高，代码也更加简洁，提高代码的复用性（复用性主要是可以多次使用，不用再多次写同样的代码） 继承之后的代码：
- 狗类
class Dog extends Animal{
public Dog(String name , String color) {
super(name, color);
}
}- 猫类
class Cat extends Animal {
public Cat(String name , String color) {
super(name, color);
}
}2.4 继承类型
Java 中不支持多继承，但支持多重继承。
2.5 继承特性
- 子类拥有父类非
private的属性、方法。 - 子类可以拥有自己的属性和方法，即子类可以对父类进行扩展。
- 子类可以用自己的方式实现父类的方法。
- Java 的继承是单继承，但是可以多重继承，单继承就是一个子类只能继承一个父类，多重继承就是，例如 A 类继承 B 类，B 类继承 C 类，所以按照关系就是 C 类是 B 类的父类，B 类是 A 类的父类，这是 Java 继承区别于 C++ 继承的一个特性。
- 提高了类之间的耦合性（继承的缺点，耦合度高就会造成代码之间的联系越紧密，代码独立性越差）。
2.6 super 与 this 关键字
super关键字：我们可以通过super关键字来实现对父类成员的访问，用来引用当前对象的父类
this关键字：指向自己的引用。
class Animal {
void eat() {
System.out.println("animal : eat");
}
}
class Dog extends Animal {
void eat() {
System.out.println("dog : eat");
}
void eatTest() {
this.eat(); // this 调用自己的方法
super.eat(); // super 调用父类方法
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Animal a = new Animal();
a.eat();
Dog d = new Dog();
d.eatTest();
}
}
// 运行结果
//animal : eat
//dog : eat
//animal : eat2.7 final 关键字
final关键字声明类可以把类定义为不能继承的，即最终类；或者用于修饰方法，该方法不能被子类重写；
- 声明类
final class 类名 {
// 类体
}- 声明方法
访问限定符 final 返回值类型 方法名(){
// 方法体
}注意：实例变量也可以被定义为final，被定义为final 的变量不能被修改。被声明为final 的类的方法自动声明为final，但是实例变量并不是final。
3. 多态
3.1 多态的概念
多态是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。
多态就是同一个接口，使用不同的实例而执行不同操作，如图所示：
多态性是对象多种表现形式的体现。
同一个事件发生在不同的对象上会产生不同的结果。
3.2 多态的优点
- 消除类型之间的耦合关系
- 可替换性
- 可扩充性
- 接口性
- 灵活性
- 简化性
3.3 多态存在的三个必要条件
继承
重写
重写：子类对父类的允许访问的方法的实现过程进行重新编写，返回值和形参都不能改变。即外壳不变，核心重写。
重写的好处：在于子类可以根据需要，定义特定于自己的行为。也就是说子类能够根据需要实现父类的方法。
class Animal {
public void eat() {
System.out.println("正在吃...");
}
}
class Dog extends Animal {
public void eat() {
System.out.println("狗正在吃狗粮...");
}
}
class Bird extends Animal {
public void eat() {
System.out.println("鸟正在吃鸟粮...");
}
}
public class Test1 {
public static void fun(Animal animal) {
animal.eat();
}
public static void main(String[] args) {
Dog dog = new Dog();
fun(dog);
Bird bird = new Bird();
fun(bird);
}
}
// 运行结果
狗正在吃狗粮...
鸟正在吃鸟粮...重写（覆盖）的规则：
- 方法名相同
- 参数列表相同【顺序、个数、类型】
- 返回值相同
父类引用指向子类对象
比如：
Animal dog = new Dog();当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误；如果有，再去调用子类的同名方法。
多态的好处：可以使程序有良好的扩展，并可以对所有类的对象进行通用处理。
以下是多态的例子：
abstract class Animal {
abstract void eat();
}
class Cat extends Animal {
public void eat() {
System.out.println("吃鱼");
}
public void work() {
System.out.println("抓老鼠");
}
}
class Dog extends Animal {
public void eat() {
System.out.println("吃骨头");
}
public void work() {
System.out.println("看家");
}
}
// 测试类
public class Test {
public static void show(Animal a) {
a.eat();
// 类型判断
if (a instanceof Cat) { // 猫做的事情
Cat c = (Cat)a;
c.work();
} else if (a instanceof Dog) { // 狗做的事情
Dog c = (Dog)a;
c.work();
}
}
public static void main(String[] args) {
show(new Cat()); // 以 Cat 对象调用 show 方法
show(new Dog()); // 以 Dog 对象调用 show 方法
Animal a = new Cat(); // 向上转型: 子类对象 -> 父类对象
a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat
Cat c = (Cat)a; // 向下转型: 父类对象 -> 子类对象
c.work(); // 调用的是 Cat 的 work
}
}
// 运行结果
吃鱼
抓老鼠
吃骨头
看家
吃鱼
抓老鼠3.4 instanceof 关键字
Java中可以使用instanceof 关键字判断对象是否是某个类的实例，语法格式如下：
对象 instanceof 类在上述格式中，如果对象是指定类的实例对象，则返回true，否则返回false。
class Animal {
public String name;
public int age;
public Animal(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public void eat() {
System.out.println(this.name + "正在吃...");
}
}
class Dog extends Animal {
public String color;
public Dog(String name, int age,String color) {
super(name,age);
this.color = color;
}
public void eat() {
System.out.println(this.name + "正在吃狗粮...");
}
public void barks() {
System.out.println(this.name + "正在旺旺叫...");
}
}
class Bird extends Animal {
public Bird(String name, int age) {
super(name, age);
}
public void eat() {
System.out.println(this.name + "正在吃鸟粮...");
}
public void fly() {
System.out.println(this.name + "正在飞...");
}
}
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
Animal animal1 = new Dog("旺财",10,"黄色");
if (animal1 instanceof Bird){ // 判断 dog对象是否是Bird类的实例 如果是则实例化对象，否则打印hell
Bird bird2 = (Bird)animal1;
bird2.fly();
}else {
System.out.println("hell");
}
}
}