Java基础篇：封装、继承、多态三大特性

目录：

一、Java三大特性之：封装

二、Java三大特性之：继承

三、Java三大特性之：多态

一、Java三大特性之：封装

1、什么是封装：

封装，就是将数据和基于数据的操作封装在一起，数据被保护在抽象数据类型的内部，尽可能地隐藏内部的细节，只保留一些对外接口使之与外部发生联系。用户无需知道对象内部的细节，但可以通过该对象对外提供的接口来访问该对象。

2、使用封装有几大好处：

（1）良好的封装能够减少耦合。

（2）类内部的结构可以自由修改。

（3）可以对成员进行更精确的控制。

（4）隐藏信息，实现细节。

3、例子：

（1）示例一：

首先我们来看两个类：Husband.java 、 Wife.java

public class Husband {/** 对属性的封装* 一个人的姓名、性别、年龄、妻子都是这个人的私有属性*/private String name ;private String sex ;private int age ;private Wife wife;/** setter()、getter()是该对象对外开发的接口*/public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public String getSex() {return sex;}public void setSex(String sex) {this.sex = sex;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}public void setWife(Wife wife) {this.wife = wife;}
}

public class Wife {private String name;private int age;private String sex;private Husband husband;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public String getSex() {return sex;}public void setSex(String sex) {this.sex = sex;}public void setAge(int age) {this.age = age;}public void setHusband(Husband husband) {this.husband = husband;}public Husband getHusband() {return husband;}}

从上面两个实例我们可以看出Husband里面wife引用是没有getter()的，同时wife的age也是没有getter()方法的。所以封装把一个对象的属性私有化，同时提供一些可以被外界访问的属性的方法，如果不想被外界方法，我们大可不必提供方法给外界访问。但是如果一个类没有提供给外界访问的方法，那么这个类也没有什么意义了。比如我们将一个房子看做是一个对象，里面的漂亮的装饰，如沙发、电视剧、空调、茶桌等等都是该房子的私有属性，但是如果我们没有那些墙遮挡，是不是别人就会一览无余呢？没有一点儿隐私！就是存在那个遮挡的墙，我们既能够有自己的隐私而且我们可以随意的更改里面的摆设而不会影响到其他的。但是如果没有门窗，一个包裹的严严实实的黑盒子，又有什么存在的意义呢？所以通过门窗别人也能够看到里面的风景。所以说门窗就是房子对象留给外界访问的接口。

通过这个我们还不能真正体会封装的好处。现在我们从程序的角度来分析封装带来的好处。如果我们不使用封装，那么该对象就没有setter()和getter()，那么Husband类应该这样写：

public class Husband {public String name ;public String sex ;public int age ;public Wife wife;
}

我们应该这样使用它：

        Husband husband = new Husband();husband.age = 30;husband.name = "张三";husband.sex = "男";

但是哪天如果我们需要修改Husband，例如将age修改为String类型的呢？你只有一处使用了这个类还好，如果你有几十个甚至上百个这样地方，你是不是要改到崩溃。如果使用了封装，我们完全可以不需要做任何修改，只需要稍微改变下Husband类的setAge()方法即可。

public class Husband {/** 对属性的封装* 一个人的姓名、性别、年龄、妻子都是这个人的私有属性*/private String name ;private String sex ;private String age ;    /* 改成 String类型的*/private Wife wife;public String getAge() {return age;}public void setAge(int age) {//转换即可this.age = String.valueOf(age);}/** 省略其他属性的setter、getter **/

其他的地方依然那样引用(husband.setAge(22))保持不变。

到了这里我们确实可以看出，封装确实可以使我们容易地修改类的内部实现，而无需修改使用了该类的客户代码。

（2）示例二：

我们再看这个好处：可以对成员变量进行更精确的控制。

还是那个Husband，一般来说我们在引用这个对象的时候是不容易出错的，但是有时你迷糊了，写成了这样：

Husband husband = new Husband();
husband.age = 300;

也许你是因为粗心写错了，你发现了还好，如果没有发现那可能会引起一些不必要的麻烦。但是使用封装我们就可以避免这个问题，我们对age的访问入口做一些控制(setter)如：

public class Husband {/** 对属性的封装* 一个人的姓名、性别、年龄、妻子都是这个人的私有属性*/private String name ;private String sex ;private int age ;    /* 改成 String类型的*/private Wife wife;public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {if(age > 120){System.out.println("ERROR：error age input....");    //提示錯誤信息}else{this.age = age;}}/** 省略其他属性的setter、getter **/
}

上面都是对setter方法的控制，其实通过使用封装我们也能够对对象的出口做出很好的控制。例如性别我们在数据库中一般都是已1、0方式来存储的，但是在前台我们又不能展示1、0，这里我们只需要在getter()方法里面做一些转换即可。

public String getSexName() {if("0".equals(sex)){sexName = "女";}else if("1".equals(sex)){sexName = "男";}else{sexName = "其他";}return sexName;}

二、Java三大特性之：继承

1、什么是继承：

从这里我们看出，Wife、Husband两个类除了各自的husband、wife外其余部分全部相同，作为一个想最大限度实现复用代码的我们是不能够忍受这样的重复代码，如果再来Son、Daughter等等，我们是不是也要这样写呢？如果不这样写，我们该如何来实现这些类的可复用呢？利用继承！

从常识中我们知道丈夫、妻子、女儿、儿子们都是人，都有一些共性，有名字、年龄、性别等等，都能够吃东西、走路、说话等等共同的行为，所以从这里我们可以发现他们都拥有人的属性和行为，同时也是从人那里继承来的这些属性和行为的。

从上面我们就可以基本了解了继承的概念了，继承是使用已存在的类作为基础建立新类的技术，新类的定义可以增加新的数据或新的功能，也可以用父类的功能，但不能选择性地继承父类。通过使用继承我们能够非常方便地复用以前的代码，能够大大的提高开发的效率。

对于Wife、Husband使用继承后，除了代码量的减少我们还能够非常明显的看到他们的关系。

使用继承可以将若干个相似的类，抽象出他们共有的行为和属性并将其定义成一个父类，实现代码共享，避免重复。在使用继承的时候，需要注意以下几个地方：

（1）子类拥有父类的所有属性和方法，但是父类对象中的私有属性和方法，子类是无法访问到的，只是拥有，但不能使用。

（2）子类可以拥有自己属性和方法，即子类可以对父类进行扩展。

（3）子类可以用自己的方式重写父类的方法。

讲到继承一定少不了这三个东西：构造器、protected关键字、向上转型。

2、构造器：

对于构造器而言，它只能够被调用，而不能被继承。调用父类的构造方法我们使用super()即可。

对于子类而已，其构造器的正确初始化是非常重要的，而且当且仅当只有一个方法可以保证这点：在构造器中调用父类构造器来完成初始化，而父类构造器具有执行父类初始化所需要的所有知识和能力。

public class Person {protected String name;protected int age;protected String sex;Person(){System.out.println("Person Constrctor...");}
}public class Husband extends Person{private Wife wife;Husband(){System.out.println("Husband Constructor...");}public static void main(String[] args) {Husband husband  = new Husband();}
}Output:
Person Constrctor...
Husband Constructor...

通过这个示例可以看出，构建过程是从父类“向外”扩散的，也就是从父类开始向子类一级一级地完成构建。而且我们并没有显示的引用父类的构造器，这就是java的聪明之处：编译器会默认给子类调用父类的构造器。

但是，这个默认调用父类的构造器是有前提的：父类有默认构造器。如果父类没有默认构造器，我们就要必须显示的使用super()来调用父类构造器，否则编译器会报错：无法找到符合父类形式的构造器。

public class Person {protected String name;protected int age;protected String sex;Person(String name){System.out.println("Person Constrctor-----" + name);}
}public class Husband extends Person{private Wife wife;Husband(){super("chenssy");System.out.println("Husband Constructor...");}public static void main(String[] args) {Husband husband  = new Husband();}
}Output:
Person Constrctor-----chenssy
Husband Constructor...

综上所述，构造函数有一下几个特点：

（1）构造函数不能被继承，只是调用而已；

（2）子类实例化对象时，如果不显式调用父类有参构造函数，则会默认先调用父类的无参构造函数。如果父类没有无参构造函数，且子类的构造函数中又没有显式调用父类的有参构造函数，就会出现编译无法通过。

（3）子类要使用父类的有参构造器，必须使用super(参数)形式，且super必须是子类构造方法中的第一条语句；

（4）如果没有任何构造函数，系统会默认有一个无参构造函数。创建有参构造函数后，系统将不再有默认无参构造函数了。

3、protected关键字：

private访问修饰符，对于封装而言，是最好的选择，但这个只是基于理想的世界，有时候我们需要这样的需求：我们需要将某些事物尽可能地对这个世界隐藏，但是仍然允许子类的成员来访问它们。这个时候就需要使用到protected。

对于protected而言，它指明就类用户而言，他是private，但是对于任何继承与此类的子类而言或者其他任何位于同一个包的类而言，他却是可以访问的。

public class Person {private String name;private int age;private String sex;protected String getName() {return name;}protected void setName(String name) {this.name = name;}public String toString(){return "this name is " + name;}/** 省略其他setter、getter方法 **/
}public class Husband extends Person{private Wife wife;public  String toString(){setName("chenssy");    //调用父类的setName();return  super.toString();    //调用父类的toString()方法}public static void main(String[] args) {Husband husband = new Husband();System.out.println(husband.toString());}
}Output：
this name is chenssy

从上面示例可以看书子类Husband可以明显地调用父类Person的setName()。

诚然尽管可以使用protected访问修饰符来限制父类属性和方法的访问权限，但是最好的方式还是将属性保持为private(我们应当一致保留更改底层实现)，通过protected方法来控制类的继承者的访问权限。

4、向上转型：

继承是is-a的相互关系，猫继承与动物，所以我们可以说猫是动物，或者说猫是动物的一种。这样将猫看做动物就是向上转型。如下：

public class Person {public void display(){System.out.println("Play Person...");}static void display(Person person){person.display();}
}public class Husband extends Person{public static void main(String[] args) {Husband husband = new Husband();Person.display(husband);      //向上转型}
}

在这我们通过Person.display(husband)。这句话可以看出husband是person类型。

将子类转换成父类，在继承关系上面是向上移动的，所以一般称之为向上转型。由于向上转型是从一个叫专用类型向较通用类型的转换，所以它总是安全的，唯一发生变化的可能就是属性和方法的丢失。

5、继承的缺点，谨慎使用继承：

上面讲了继承所带来的诸多好处，但是对于继承，我们也要谨慎使用，因为继承存在如下缺陷：

（1）继承是一种强耦合关系，父类变，子类就必须变。

（2）继承破坏了封装，对于父类而言，它的实现细节对与子类来说都是透明的。

所以说当我们使用继承的时候，我们需要确信使用继承确实是有效可行的办法。那么到底要不要使用继承呢？《Think in java》中提供了解决办法：问一问自己是否需要从子类向父类进行向上转型。如果必须向上转型，则继承是必要的，但是如果不需要，则应当好好考虑自己是否需要继承。

三、Java三大特性之：多态

1、什么是多态：

多态是指同一种行为具有不同的表现形式，也就是说，运行同一段代码，Java在运行时会根据调用对象的不同，而产生不同的结果。也就是说程序中定义的引用变量所指向的具体类型或者通过该引用变量发出的方法调用在编译时并不确定，而是在运行期间才确定，即一个引用变量到底会指向哪个类的实例对象，该引用变量发出的方法调用到底是哪个类中实现的方法，必须在由程序运行期间才能决定。因为在程序运行时才确定具体的类，这样，不用修改源程序代码，就可以让引用变量绑定到各种不同的类实现上，从而导致该引用调用的具体方法随之改变，即不修改程序代码就可以改变程序运行时所绑定的具体代码，这就是多态性。

2、简单的多态例子：

比如你是一个酒神，对酒情有独钟。某日回家发现桌上有几个杯子里面都装了白酒，从外面看我们是不可能知道这是些什么酒，只有喝了之后才能够猜出来是何种酒。你一喝，这是剑南春、再喝这是五粮液、再喝这是酒鬼酒….在这里我们可以描述成如下：

酒 a = 剑南春

酒 b = 五粮液

酒 c = 酒鬼酒

这里所表现的的就是多态。剑南春、五粮液、酒鬼酒都是酒的子类，我们只是通过酒这一个父类就能够引用不同的子类，这就是多态——我们只有在运行的时候才会知道引用变量所指向的具体实例对象。

诚然，要理解多态我们就必须要明白什么是“向上转型”。在继承中我们简单介绍了向上转型，这里就在啰嗦下：在上面的喝酒例子中，酒（Win）是父类，剑南春（JNC）、五粮液（WLY）、酒鬼酒（JGJ）是子类。我们定义如下代码：

JNC a = new JNC();

对于这个代码我们非常容易理解无非就是实例化了一个剑南春的对象嘛！但是这样呢？

Wine a = new JNC();

在这里我们这样理解，这里定义了一个Wine 类型的a，它指向JNC对象实例。由于JNC是继承与Wine，所以JNC可以自动向上转型为Wine，所以a是可以指向JNC实例对象的。这样做存在一个非常大的好处，在继承中我们知道子类是父类的扩展，它可以提供比父类更加强大的功能，如果我们定义了一个指向子类的父类引用类型，那么它除了能够引用父类的共性外，还可以使用子类强大的功能。

但是向上转型存在一些缺憾，那就是它必定会导致一些方法和属性的丢失，而导致我们不能够获取它们。所以父类类型的引用可以调用父类中定义的所有属性和方法，对于只存在与子类中的方法和属性它就望尘莫及了。

public class Wine {public void fun1(){System.out.println("Wine 的Fun.....");fun2();}public void fun2(){System.out.println("Wine 的Fun2...");}
}public class JNC extends Wine{/*** @desc 子类重写父类方法*        父类中不存在该方法，向上转型后，父类是不能引用该方法的* @param a* @return void*/public void fun1(String a){System.out.println("JNC 的 Fun1...");fun2();}/*** 子类重写父类方法* 指向子类的父类引用调用fun2时，必定是调用该方法*/public void fun2(){System.out.println("JNC 的Fun2...");}
}public class Test {public static void main(String[] args) {Wine a = new JNC();a.fun1();}
}
-------------------------------------------------
Output:
Wine 的Fun.....
JNC 的Fun2...

从程序的运行结果中我们发现，a.fun1()首先是运行父类Wine中的fun1().然后再运行子类JNC中的fun2()。

分析：在这个程序中子类JNC重载了父类Wine的方法fun1()，重写fun2()，而且重载后的fun1(String a)与 fun1()不是同一个方法，由于父类中没有该方法，向上转型后会丢失该方法，所以执行JNC的Wine类型引用是不能引用fun1(String a)方法。而子类JNC重写了fun2() ，那么指向JNC的Wine引用会调用JNC中fun2()方法。

所以对于多态我们可以总结如下：

指向子类的父类引用由于向上转型了，它只能访问父类中拥有的方法和属性，而对于子类中存在而父类中不存在的方法，该引用是不能使用的，尽管是重载该方法。若子类重写了父类中的某些方法，在调用该些方法的时候，必定是使用子类中定义的这些方法（动态连接、动态调用）。

对于面向对象而言，多态分为编译时多态和运行时多态。方法重载(overload)是编译时的多态性，它是根据参数列表的不同来区分不同的函数，通过编译之后会变成两个不同的函数，在运行时谈不上多态。方法重写(overide)是运行时的多态性，它是通过动态绑定来实现的，也就是我们所说的多态性。

3、多态的实现：

继承在为多态的实现做了准备。子类继承父类，我们可以编写一个指向子类的父类类型引用，该引用既可以处理父类对象，也可以处理子类对象，当相同的消息发送给子类或者父类对象时，该对象就会根据自己所属的引用而执行不同的行为，这就是多态。即多态性就是相同的消息使得不同的类做出不同的响应。

（1）Java实现多态有两个必要条件：继承重写、向上转型。

继承：子类继承父类并重写父类中的方法

向上转型：在多态中需要将子类的引用赋给父类对象，只有这样该引用才能够具备技能调用父类的方法和子类的方法，只有父类型引用子类型对象，才能实现同样的引用调用同样的方法，根据子类对象的不同而表现出不同的行为

只有满足了上述两个条件，我们才能够在同一个继承结构中使用统一的逻辑实现代码处理不同的对象，从而达到执行不同的行为。

对于Java而言，它多态的实现机制遵循一个原则：当超类对象引用变量引用子类对象时，被引用对象的类型决定了调用谁的成员方法，但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是说被子类覆盖的方法。

（2）实现的形式：Java中有两种形式：继承与接口。

①基于继承实现多态：

基于继承的实现机制主要表现在父类和继承该父类的一个或多个子类对某些方法的重写，多个子类对同一方法的重写可以表现出不同的行为。

public class Wine {private String name;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public Wine(){}public String drink(){return "喝的是 " + getName();}/*** 重写toString()*/public String toString(){return null;}
}public class JNC extends Wine{public JNC(){setName("JNC");}/*** 重写父类方法，实现多态*/public String drink(){return "喝的是 " + getName();}/*** 重写toString()*/public String toString(){return "Wine : " + getName();}
}public class JGJ extends Wine{public JGJ(){setName("JGJ");}/*** 重写父类方法，实现多态*/public String drink(){return "喝的是 " + getName();}/*** 重写toString()*/public String toString(){return "Wine : " + getName();}
}public class Test {public static void main(String[] args) {//定义父类数组Wine[] wines = new Wine[2];//定义两个子类JNC jnc = new JNC();JGJ jgj = new JGJ();//父类引用子类对象wines[0] = jnc;wines[1] = jgj;for(int i = 0 ; i < 2 ; i++){System.out.println(wines[i].toString() + "--" + wines[i].drink());}System.out.println("-------------------------------");}
}
OUTPUT:
Wine : JNC--喝的是 JNC
Wine : JGJ--喝的是 JGJ
-------------------------------

在上面的代码中JNC、JGJ继承Wine，并且重写了drink()、toString()方法，程序运行结果是调用子类中方法，输出JNC、JGJ的名称，这就是多态的表现。不同的对象可以执行相同的行为，但是他们都需要通过自己的实现方式来执行，这就要得益于向上转型了。

我们都知道所有的类都继承自超类Object，toString()方法也是Object中方法，当我们这样写时：

Object o = new JGJ();
System.out.println(o.toString());

输出的结果是Wine : JGJ。

Object、Wine、JGJ三者继承链关系是：JGJ—>Wine—>Object。所以我们可以这样说：当子类重写父类的方法被调用时，只有对象继承链中的最末端的方法才会被调用。但是注意如果这样写：

Object o = new Wine();
System.out.println(o.toString());

输出的结果应该是Null，因为JGJ并不存在于该对象继承链中。

所以基于继承实现的多态可以总结如下：对于引用子类的父类类型，在处理该引用时，它适用于继承该父类的所有子类，子类对象的不同，对方法的实现也就不同，执行相同动作产生的行为也就不同。

如果父类是抽象类，那么子类必须要实现父类中所有的抽象方法，这样该父类所有的子类一定存在统一的对外接口，但其内部的具体实现可以各异。这样我们就可以使用顶层类提供的统一接口来处理该层次的方法。

②基于接口实现的多态：

继承是通过重写父类的同一方法的几个不同子类来体现的，那么接口就是通过实现接口并覆盖接口中同一方法的几不同的类体现的。

在接口的多态中，指向接口的引用必须是指定这实现了该接口的一个类的实例程序，在运行时，根据对象引用的实际类型来执行对应的方法。

继承都是单继承，只能为一组相关的类提供一致的服务接口。但是接口可以是多继承多实现，它能够利用一组相关或者不相关的接口进行组合与扩充，能够对外提供一致的服务接口。所以它相对于继承来说有更好的灵活性。

4、经典实例：

public class A {public String show(D obj) {return ("A and D");}public String show(A obj) {return ("A and A");} }public class B extends A{public String show(B obj){return ("B and B");}public String show(A obj){return ("B and A");}
}public class C extends B{}public class D extends B{}public class Test {public static void main(String[] args) {A a1 = new A();A a2 = new B();B b = new B();C c = new C();D d = new D();System.out.println("1--" + a1.show(b));System.out.println("2--" + a1.show(c));System.out.println("3--" + a1.show(d));System.out.println("4--" + a2.show(b));System.out.println("5--" + a2.show(c));System.out.println("6--" + a2.show(d));System.out.println("7--" + b.show(b));System.out.println("8--" + b.show(c));System.out.println("9--" + b.show(d));      }
}

运行结果：

1--A and A
2--A and A
3--A and D
4--B and A
5--B and A
6--A and D
7--B and B
8--B and B
9--A and D

在这里看结果1、2、3还好理解，从4开始就开始糊涂了，对于4来说为什么输出不是“B and B”呢？

首先我们先看一句话：当超类对象引用变量引用子类对象时，被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法，但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是说被子类覆盖的方法。这句话对多态进行了一个概括。其实在继承链中对象方法的调用存在一个优先级：this.show(O)、super.show(O)、this.show((super)O)、super.show((super)O)。

分析：

从上面的程序中我们可以看出A、B、C、D存在如下关系。

首先我们分析5，a2.show(c)，a2是A类型的引用变量，所以this就代表了A，a2.show(c),它在A类中找发现没有找到，于是到A的超类中找(super)，由于A没有超类（Object除外），所以跳到第三级，也就是this.show((super)O)，C的超类有B、A，所以(super)O为B、A，this同样是A，这里在A中找到了show(A obj)，同时由于a2是B类的一个引用且B类重写了show(A obj)，因此最终会调用子类B类的show(A obj)方法，结果也就是B and A。

按照同样的方法我也可以确认其他的答案。

方法已经找到了但是我们这里还是存在一点疑问，我们还是来看这句话：当超类对象引用变量引用子类对象时，被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法，但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是说被子类覆盖的方法。这我们用一个例子来说明这句话所代表的含义：a2.show(b)；

这里a2是引用变量，为A类型，它引用的是B对象，因此按照上面那句话的意思是说有B来决定调用谁的方法,所以a2.show(b)应该要调用B中的show(B obj)，产生的结果应该是“B and B”，但是为什么会与前面的运行结果产生差异呢？这里我们忽略了后面那句话“但是这儿被调用的方法必须是在超类中定义过的”，那么show(B obj)在A类中存在吗？根本就不存在！所以这句话在这里不适用？那么难道是这句话错误了？非也！其实这句话还隐含这这句话：它仍然要按照继承链中调用方法的优先级来确认。所以它才会在A类中找到show(A obj)，同时由于B重写了该方法所以才会调用B类中的方法，否则就会调用A类中的方法。

所以多态机制遵循的原则概括为：当超类对象引用变量引用子类对象时，被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法，但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是说被子类覆盖的方法，但是它仍然要根据继承链中方法调用的优先级来确认方法，该优先级为：this.show(O)、super.show(O)、this.show((super)O)、super.show((super)O)。

参考文章链接：java提高篇(一)-----理解java的三大特性之封装_chenssy 的技术博客-CSDN博客

java提高篇（二）-----理解java的三大特性之继承_chenssy 的技术博客-CSDN博客

java提高篇（三）-----理解java的三大特性之多态_chenssy 的技术博客-CSDN博客_java多态的特点