java 继承、多态、重载和重写

什么是多态？它的实现机制是什么呢？重载和重写的区别在那里？这就是这一次我们要回顾的四个十分重要的概念：继承、多态、重载和重写。

继承(inheritance)

简单的说，继承就是在一个现有类型的基础上，通过增加新的方法或者重定义已有方法（下面会讲到，这种方式叫重写）的方式，产生一个新的类型。继承是面向对象的三个基本特征--封装、继承、多态的其中之一，我们在使用JAVA时编写的每一个类都是在继承，因为在JAVA语言中，java.lang.Object类是所有类最根本的基类（或者叫父类、超类），如果我们新定义的一个类没有明确地指定继承自哪个基类，那么JAVA就会默认为它是继承自Object类的。

我们可以把JAVA中的类分为以下三种：

1. 类：使用class定义且不含有抽象方法的类。
2. 抽象类：使用abstract class定义的类，它可以含有，也可以不含有抽象方法。
3. 接口：使用interface定义的类。

在这三种类型之间存在下面的继承规律：

• 类可以继承（extends）类，可以继承（extends）抽象类，可以继承（implements）接口。
• 抽象类可以继承（extends）类，可以继承（extends）抽象类，可以继承（implements）接口。
• 接口只能继承（extends）接口。

请注意上面三条规律中每种继承情况下使用的不同的关键字extends和implements，它们是不可以随意替换的。大家知道，一个普通类继承一个接口后，必须实现这个接口中定义的所有方法，否则就只能被定义为抽象类。我在这里之所以没有对implements关键字使用“实现”这种说法是因为从概念上来说它也是表示一种继承关系，而且对于抽象类implements接口的情况下，它并不是一定要实现这个接口定义的任何方法，因此使用继承的说法更为合理一些。

以上三条规律同时遵守下面这些约束：

1. 类和抽象类都只能最多继承一个类，或者最多继承一个抽象类，并且这两种情况是互斥的，也就是说它们要么继承一个类，要么继承一个抽象类。
2. 类、抽象类和接口在继承接口时，不受数量的约束，理论上可以继承无限多个接口。当然，对于类来说，它必须实现它所继承的所有接口中定义的全部方法。
3. 抽象类继承抽象类，或者实现接口时，可以部分、全部或者完全不实现父类抽象类的抽象（abstract）方法，或者父类接口中定义的接口。
4. 类继承抽象类，或者实现接口时，必须全部实现父类抽象类的全部抽象（abstract）方法，或者父类接口中定义的全部接口。

继承给我们的编程带来的好处就是对原有类的复用（重用）。就像模块的复用一样，类的复用可以提高我们的开发效率，实际上，模块的复用是大量类的复用叠加后的效果。除了继承之外，我们还可以使用组合的方式来复用类。所谓组合就是把原有类定义为新类的一个属性，通过在新类中调用原有类的方法来实现复用。如果新定义的类型与原有类型之间不存在被包含的关系，也就是说，从抽象概念上来讲，新定义类型所代表的事物并不是原有类型所代表事物的一种，比如黄种人是人类的一种，它们之间存在包含与被包含的关系，那么这时组合就是实现复用更好的选择。下面这个例子就是组合方式的一个简单示例：

public class Sub {
    private Parent p = new Parent();

    public void doSomething() {
        // 复用Parent类的方法
        p.method();
        // other code
    }
}

class Parent {
    public void method() {
        // do something here
    }
}

public class Sub {
	private Parent p = new Parent();

	public void doSomething() {
		// 复用Parent类的方法
		p.method();
		// other code
	}
}

class Parent {
	public void method() {
		// do something here
	}
}

当然，为了使代码更加有效，我们也可以在需要使用到原有类型（比如Parent p）时，才对它进行初始化。

使用继承和组合复用原有的类，都是一种增量式的开发模式，这种方式带来的好处是不需要修改原有的代码，因此不会给原有代码带来新的BUG，也不用因为对原有代码的修改而重新进行测试，这对我们的开发显然是有益的。因此，如果我们是在维护或者改造一个原有的系统或模块，尤其是对它们的了解不是很透彻的时候，就可以选择增量开发的模式，这不仅可以大大提高我们的开发效率，也可以规避由于对原有代码的修改而带来的风险。

多态(Polymorphism)

多态是又一个重要的基本概念，上面说到了，它是面向对象的三个基本特征之一。究竟什么是多态呢？我们先看看下面的例子，来帮助理解：

//汽车接口
interface Car {
    // 汽车名称
    String getName();

    // 获得汽车售价
    int getPrice();
}

// 宝马
class BMW implements Car {
    public String getName() {
        return "BMW";
    }

    public int getPrice() {
        return 300000;
    }
}

// 奇瑞QQ
class CheryQQ implements Car {
    public String getName() {
        return "CheryQQ";
    }

    public int getPrice() {
        return 20000;
    }
}

// 汽车出售店
public class CarShop {
    // 售车收入
    private int money = 0;

    // 卖出一部车
    public void sellCar(Car car) {
        System.out.println("车型：" + car.getName() + "  单价：" + car.getPrice());
        // 增加卖出车售价的收入
        money += car.getPrice();
    }

    // 售车总收入
    public int getMoney() {
        return money;
    }

    public static void main(String[] args) {
        CarShop aShop = new CarShop();
        // 卖出一辆宝马
        aShop.sellCar(new BMW());
        // 卖出一辆奇瑞QQ
        aShop.sellCar(new CheryQQ());
        System.out.println("总收入：" + aShop.getMoney());
    }
}

//汽车接口
interface Car {
	// 汽车名称
	String getName();

	// 获得汽车售价
	int getPrice();
}

// 宝马
class BMW implements Car {
	public String getName() {
		return "BMW";
	}

	public int getPrice() {
		return 300000;
	}
}

// 奇瑞QQ
class CheryQQ implements Car {
	public String getName() {
		return "CheryQQ";
	}

	public int getPrice() {
		return 20000;
	}
}

// 汽车出售店
public class CarShop {
	// 售车收入
	private int money = 0;

	// 卖出一部车
	public void sellCar(Car car) {
		System.out.println("车型：" + car.getName() + "  单价：" + car.getPrice());
		// 增加卖出车售价的收入
		money += car.getPrice();
	}

	// 售车总收入
	public int getMoney() {
		return money;
	}

	public static void main(String[] args) {
		CarShop aShop = new CarShop();
		// 卖出一辆宝马
		aShop.sellCar(new BMW());
		// 卖出一辆奇瑞QQ
		aShop.sellCar(new CheryQQ());
		System.out.println("总收入：" + aShop.getMoney());
	}
}

运行结果：

1. 车型：BMW  单价：300000
2. 车型：CheryQQ  单价：20000
3. 总收入：320000

继承是多态得以实现的基础。从字面上理解，多态就是一种类型（都是Car类型）表现出多种状态（宝马汽车的名称是BMW，售价是300000；奇瑞汽车的名称是CheryQQ，售价是2000）。将一个方法调用同这个方法所属的主体（也就是对象或类）关联起来叫做绑定，分前期绑定和后期绑定两种。下面解释一下它们的定义：

1. 前期绑定：在程序运行之前进行绑定，由编译器和连接程序实现，又叫做静态绑定。比如static方法和final方法，注意，这里也包括private方法，因为它是隐式final的。
2. 后期绑定：在运行时根据对象的类型进行绑定，由方法调用机制实现，因此又叫做动态绑定，或者运行时绑定。除了前期绑定外的所有方法都属于后期绑定。

多态就是在后期绑定这种机制上实现的。多态给我们带来的好处是消除了类之间的耦合关系，使程序更容易扩展。比如在上例中，新增加一种类型汽车的销售，只需要让新定义的类继承Car类并实现它的所有方法，而无需对原有代码做任何修改，CarShop类的sellCar(Car car)方法就可以处理新的车型了。新增代码如下：

// 桑塔纳汽车
class Santana implements Car {
    public String getName() {
        return "Santana";
    }

    public int getPrice() {
        return 80000;
    }
}

// 桑塔纳汽车
class Santana implements Car {
	public String getName() {
		return "Santana";
	}

	public int getPrice() {
		return 80000;
	}
}

重载(overloading)和重写(overriding)

重载和重写都是针对方法的概念，在弄清楚这两个概念之前，我们先来了解一下什么叫方法的型构（英文名是signature，有的译作“签名”，虽然它被使用的较为广泛，但是这个翻译不准确的）。型构就是指方法的组成结构，具体包括方法的名称和参数，涵盖参数的数量、类型以及出现的顺序，但是不包括方法的返回值类型，访问权限修饰符，以及abstract、static、final等修饰符。比如下面两个就是具有相同型构的方法：

public void method(int i, String s) {
    // do something
}

public String method(int i, String s) {
    // do something
}

public void method(int i, String s) {
	// do something
}

public String method(int i, String s) {
	// do something
}

而这两个就是具有不同型构的方法：

public void method(int i, String s) {
    // do something
}

public void method(String s, int i) {
    // do something
}

public void method(int i, String s) {
	// do something
}

public void method(String s, int i) {
	// do something
}

了解完型构的概念后我们再来看看重载和重写，请看它们的定义：

• 重写，英文名是overriding，是指在继承情况下，子类中定义了与其基类中方法具有相同型构的新方法，就叫做子类把基类的方法重写了。这是实现多态必须的步骤。
• 重载，英文名是overloading，是指在同一个类中定义了一个以上具有相同名称，但是型构不同的方法。在同一个类中，是不允许定义多于一个的具有相同型构的方法的。

我们来考虑一个有趣的问题：构造器可以被重载吗？答案当然是可以的，我们在实际的编程中也经常这么做。实际上构造器也是一个方法，构造器名就是方法名，构造器参数就是方法参数，而它的返回值就是新创建的类的实例。但是构造器却不可以被子类重写，因为子类无法定义与基类具有相同型构的构造器。