JAVA面試題解惑系列（九）——繼承、多態、重載和重寫

什麼是多態？它的實現機制是什麼呢？重載和重寫的區別在那裏？這就是這一次我們要回顧的四個十分重要的概念：繼承、多態、重載和重寫。

繼承(inheritance)

簡單的說，繼承就是在一個現有類型的基礎上，通過增加新的方法或者重定義已有方法（下面會講到，這種方式叫重寫）的方式，產生一個新的類型。繼承是面向對象的三個基本特徵--封裝、繼承、多態的其中之一，我們在使用JAVA時編寫的每一個類都是在繼承，因爲在JAVA語言中，java.lang.Object類是所有類最根本的基類（或者叫父類、超類），如果我們新定義的一個類沒有明確地指定繼承自哪個基類，那麼JAVA就會默認爲它是繼承自Object類的。

我們可以把JAVA中的類分爲以下三種：

類：使用class定義且不含有抽象方法的類。
抽象類：使用abstract class定義的類，它可以含有，也可以不含有抽象方法。
接口：使用interface定義的類。

在這三種類型之間存在下面的繼承規律：

類可以繼承（extends）類，可以繼承（extends）抽象類，可以繼承（implements）接口。
抽象類可以繼承（extends）類，可以繼承（extends）抽象類，可以繼承（implements）接口。
接口只能繼承（extends）接口。

請注意上面三條規律中每種繼承情況下使用的不同的關鍵字extends和implements，它們是不可以隨意替換的。大家知道，一個普通類繼承一個接口後，必須實現這個接口中定義的所有方法，否則就只能被定義爲抽象類。我在這裏之所以沒有對implements關鍵字使用“實現”這種說法是因爲從概念上來說它也是表示一種繼承關係，而且對於抽象類implements接口的情況下，它並不是一定要實現這個接口定義的任何方法，因此使用繼承的說法更爲合理一些。

以上三條規律同時遵守下面這些約束：

類和抽象類都只能最多繼承一個類，或者最多繼承一個抽象類，並且這兩種情況是互斥的，也就是說它們要麼繼承一個類，要麼繼承一個抽象類。
類、抽象類和接口在繼承接口時，不受數量的約束，理論上可以繼承無限多個接口。當然，對於類來說，它必須實現它所繼承的所有接口中定義的全部方法。
抽象類繼承抽象類，或者實現接口時，可以部分、全部或者完全不實現父類抽象類的抽象（abstract）方法，或者父類接口中定義的接口。
類繼承抽象類，或者實現接口時，必須全部實現父類抽象類的全部抽象（abstract）方法，或者父類接口中定義的全部接口。

繼承給我們的編程帶來的好處就是對原有類的複用（重用）。就像模塊的複用一樣，類的複用可以提高我們的開發效率，實際上，模塊的複用是大量類的複用疊加後的效果。除了繼承之外，我們還可以使用組合的方式來複用類。所謂組合就是把原有類定義爲新類的一個屬性，通過在新類中調用原有類的方法來實現複用。如果新定義的類型與原有類型之間不存在被包含的關係，也就是說，從抽象概念上來講，新定義類型所代表的事物並不是原有類型所代表事物的一種，比如黃種人是人類的一種，它們之間存在包含與被包含的關係，那麼這時組合就是實現複用更好的選擇。下面這個例子就是組合方式的一個簡單示例：

Java代碼

public class Sub {
private Parent p = new Parent();
public void doSomething() {
// 複用Parent類的方法
p.method();
// other code
}
}
class Parent {
public void method() {
// do something here
}
}

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

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

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

當然，爲了使代碼更加有效，我們也可以在需要使用到原有類型（比如Parent p）時，纔對它進行初始化。

使用繼承和組合複用原有的類，都是一種增量式的開發模式，這種方式帶來的好處是不需要修改原有的代碼，因此不會給原有代碼帶來新的BUG，也不用因爲對原有代碼的修改而重新進行測試，這對我們的開發顯然是有益的。因此，如果我們是在維護或者改造一個原有的系統或模塊，尤其是對它們的瞭解不是很透徹的時候，就可以選擇增量開發的模式，這不僅可以大大提高我們的開發效率，也可以規避由於對原有代碼的修改而帶來的風險。

多態(Polymorphism)

多態是又一個重要的基本概念，上面說到了，它是面向對象的三個基本特徵之一。究竟什麼是多態呢？我們先看看下面的例子，來幫助理解：

Java代碼

//汽車接口
interface Car {
// 汽車名稱
String getName();
// 獲得汽車售價
int getPrice();
}
// 寶馬
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;
}
}
// 汽車出售店
public class CarShop {
// 售車收入
private int money = 0;
// 賣出一部車
public void sellCar(Car car) {
System.out.println("車型：" + car.getName() + " 單價：" + car.getPrice());
// 增加賣出車售價的收入
money += car.getPrice();
}
// 售車總收入
public int getMoney() {
return money;
}
public static void main(String[] args) {
CarShop aShop = new CarShop();
// 賣出一輛寶馬
aShop.sellCar(new BMW());
// 賣出一輛奇瑞QQ
aShop.sellCar(new CheryQQ());
System.out.println("總收入：" + aShop.getMoney());
}
}

//汽車接口
interface Car {
	// 汽車名稱
	String getName();

	// 獲得汽車售價
	int getPrice();
}

// 寶馬
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;
	}
}

// 汽車出售店
public class CarShop {
	// 售車收入
	private int money = 0;

	// 賣出一部車
	public void sellCar(Car car) {
		System.out.println("車型：" + car.getName() + "  單價：" + car.getPrice());
		// 增加賣出車售價的收入
		money += car.getPrice();
	}

	// 售車總收入
	public int getMoney() {
		return money;
	}

	public static void main(String[] args) {
		CarShop aShop = new CarShop();
		// 賣出一輛寶馬
		aShop.sellCar(new BMW());
		// 賣出一輛奇瑞QQ
		aShop.sellCar(new CheryQQ());
		System.out.println("總收入：" + aShop.getMoney());
	}
}

運行結果：

車型：BMW 單價：300000
車型：CheryQQ 單價：20000
總收入：320000

繼承是多態得以實現的基礎。從字面上理解，多態就是一種類型（都是Car類型）表現出多種狀態（寶馬汽車的名稱是BMW，售價是300000；奇瑞汽車的名稱是CheryQQ，售價是2000）。將一個方法調用同這個方法所屬的主體（也就是對象或類）關聯起來叫做綁定，分前期綁定和後期綁定兩種。下面解釋一下它們的定義：

前期綁定：在程序運行之前進行綁定，由編譯器和連接程序實現，又叫做靜態綁定。比如static方法和final方法，注意，這裏也包括private方法，因爲它是隱式final的。
後期綁定：在運行時根據對象的類型進行綁定，由方法調用機制實現，因此又叫做動態綁定，或者運行時綁定。除了前期綁定外的所有方法都屬於後期綁定。

多態就是在後期綁定這種機制上實現的。多態給我們帶來的好處是消除了類之間的耦合關係，使程序更容易擴展。比如在上例中，新增加一種類型汽車的銷售，只需要讓新定義的類繼承Car類並實現它的所有方法，而無需對原有代碼做任何修改，CarShop類的sellCar(Car car)方法就可以處理新的車型了。新增代碼如下：

Java代碼

// 桑塔納汽車
class Santana implements Car {
public String getName() {
return "Santana";
}
public int getPrice() {
return 80000;
}
}

// 桑塔納汽車
class Santana implements Car {
	public String getName() {
		return "Santana";
	}

	public int getPrice() {
		return 80000;
	}
}

重載(overloading)和重寫(overriding)

重載和重寫都是針對方法的概念，在弄清楚這兩個概念之前，我們先來了解一下什麼叫方法的型構（英文名是signature，有的譯作“簽名”，雖然它被使用的較爲廣泛，但是這個翻譯不準確的）。型構就是指方法的組成結構，具體包括方法的名稱和參數，涵蓋參數的數量、類型以及出現的順序，但是不包括方法的返回值類型，訪問權限修飾符，以及abstract、static、final等修飾符。比如下面兩個就是具有相同型構的方法：

Java代碼

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
}

而這兩個就是具有不同型構的方法：

Java代碼

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
}

瞭解完型構的概念後我們再來看看重載和重寫，請看它們的定義：

重寫，英文名是overriding，是指在繼承情況下，子類中定義了與其基類中方法具有相同型構的新方法，就叫做子類把基類的方法重寫了。這是實現多態必須的步驟。
重載，英文名是overloading，是指在同一個類中定義了一個以上具有相同名稱，但是型構不同的方法。在同一個類中，是不允許定義多於一個的具有相同型構的方法的。

我們來考慮一個有趣的問題：構造器可以被重載嗎？答案當然是可以的，我們在實際的編程中也經常這麼做。實際上構造器也是一個方法，構造器名就是方法名，構造器參數就是方法參數，而它的返回值就是新創建的類的實例。但是構造器卻不可以被子類重寫，因爲子類無法定義與基類具有相同型構的構造器。

轉載：

作者：臧圩人（zangweiren）
網址：http://zangweiren.javaeye.com

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