<4D F736F F F696E74202D C DB5DA3131D5C25FBCCCB3D0BACDB6E0CCAC2E BBCE6C8DDC4A3CABD5D>

Size: px

Start display at page:

Download "<4D F736F F F696E74202D C DB5DA3131D5C25FBCCCB3D0BACDB6E0CCAC2E BBCE6C8DDC4A3CABD5D>"

位阎
5 years ago
Views:

1 第 11 章继承和多态 1

2 动因假设要定义一个类来对圆矩形和三角形建模这些类有很多共同的特性设计这些类来避免冗余的最好的方式是什么? 答案就是使用继承 2

3 学习目标通过继承由父类创建子类 ( 第 11.2 节 ) 使用关键字 super 调用父类的构造方法和方法 ( 第 11.3 节 ) 在子类中覆盖实例方法 ( 第 11.4 节 ) 区分覆盖和重载的不同 ( 第 11.5 节 ) 探究 Object 类中的 tostring() 方法 ( 第 11.6 节 ) 理解多态性和动态绑定 ( 第节 ) 描述转换并解释显式向下转换的必要性 ( 第 11.9 节 ) 探究 Object 类中的 equals 方法 ( 第节 ) 存储提取和操作 ArrayList 中的对象 ( 第节 ) 使用 ArrayList 实现 Stack 类 ( 第节 ) 使用可见性修饰符 protected 使父类中的数据和方法可以被子类访问 ( 第节 ) 使用修饰符 final 防止类的扩展以及方法的覆盖 ( 第节 ) 3

4 父类和子类 -color: String -filled: boolean GeometricObject -datecreated: java.util.date +GeometricObject() +GeometricObject(color: String, filled: boolean) +getcolor(): String +setcolor(color: String): void +isfilled(): boolean +setfilled(filled: boolean): void +getdatecreated(): java.util.date +tostring(): String 对象的颜色 ( 默认值 :white) 表明对象是否填充颜色 ( 默认值 :false) 对象创建的日期创建一个 GeometricObject 创建一个带特定颜色和填充值的 GeometricObject 返回颜色设置新的颜色返回 filled 属性设置 filled 属性返回 datecreated. 返回这个对象的字符串表述 GeometricObject1 Circle4 -radius: double Circle +Circle() +Circle(radius: double) +Circle(radius: double, color: String, filled: boolean) +getradius(): double +setradius(radius: double): void +getarea(): double +getperimeter(): double +getdiameter(): double +printcircle(): void -width: double -height: double Rectangle +Rectangle() +Rectangle(width: double, height: double) +Rectangle(width: double, height: double color: String, filled: boolean) +getwidth(): double +setwidth(width: double): void +getheight(): double +setheight(height: double): void +getarea(): double +getperimeter(): double Rectangle1 TestCircleRectangle Run 4

5 父类的构造方法能继承吗? 父类的构造方法不能被继承它们被显式或隐式地调用使用 super 关键字显式调用构造方法可用来构造一个类的实例不像属性和方法, 父类的构造方法是不能被子类继承的它们只能从子类的构造方法中用关键字 super 调用如果没有显式使用关键字 super, 那么将自动调用父类的无参构造方法 5

6 父类的构造方法总会被调用吗? 构造方法可以调用重载的构造方法或它的父类的构造方法如果它们都没有被显式调用, 那编译器就会自动地将 super() 作为构造方法的第一条语句例如 : public A() { 等价于 public A() { super(); public A(double d) { // some statements 等价于 public A(double d) { super(); // some statements 6

7 使用 super 关键字关键字 super 是指这个 super 出现的类的父类这个关键字 super 有以下两种途径 : 调用父类的构造方法调用父类的方法 7

8 警告要调用父类的构造方法就必须使用关键字 super 在子类中调用父类构造方法的名字会引起一个语法错误 Java 要求使用关键字 super 的语句应该是构造方法的第一条语句 8

9 构造方法链构造一个类的实例时, 将会调用沿着继承链的所有父类的构造方法这就被称为构造方法链 (constructor chaining) public class Faculty extends Employee { public static void main(string[] args) { new Faculty(); public Faculty() { System.out.println("(4) Faculty's no-arg constructor is invoked"); class Employee extends Person { public Employee() { this("(2) (2) Invoke Employee s overloaded constructor"); System.out.println("(3) Employee's no-arg constructor is invoked"); public Employee(String s) { System.out.println(s); class Person { public Person() { System.out.println("(1) t tl Person's no-arg constructor t is invoked"); 9

10 动画跟踪执行 public class Faculty extends Employee { public static void main(string[] args) { new Faculty(); 1. 从 main 方法开始执行 public Faculty() { System.out.println("(4) Faculty's no-arg constructor is invoked"); class Employee extends Person { public Employee() { this("(2) Invoke Employee s overloaded constructor"); System.out.println("(3) Employee's no-arg constructor is invoked"); public Employee(String s) { System.out.println(s); class Person { public Person() { System.out.println("(1) Person's no-arg constructor is invoked"); 10

11 动画跟踪执行 public class Faculty extends Employee { public static void main(string[] args) { new Faculty(); 2. 调用 Faculty 的构造方法 public Faculty() { System.out.println("(4) Faculty's no-arg constructor is invoked"); class Employee extends Person { public Employee() { this("(2) Invoke Employee s overloaded constructor"); System.out.println("(3) Employee's no-arg constructor is invoked"); public Employee(String s) { System.out.println(s); class Person { public Person() { System.out.println("(1) Person's no-arg constructor is invoked"); 11

12 动画跟踪执行 public class Faculty extends Employee { public static void main(string[] args) { new Faculty(); public Faculty() { System.out.println("(4) Faculty's no-arg constructor is invoked"); 3. 调用 Employee 的无参构造方法 class Employee extends Person { public Employee() { this("(2) Invoke Employee s overloaded constructor"); System.out.println("(3) Employee's no-arg constructor is invoked"); public Employee(String s) { System.out.println(s); class Person { public Person() { System.out.println("(1) Person's no-arg constructor is invoked"); 12

13 动画跟踪执行 public class Faculty extends Employee { public static void main(string[] args) { new Faculty(); public Faculty() { System.out.println("(4) Faculty's no-arg constructor is invoked"); 4. 调用 Employee(String) 构造方法 class Employee extends Person { public Employee() { this("(2) Invoke Employee s overloaded constructor"); System.out.println("(3) Employee's no-arg constructor is invoked"); public Employee(String s) { System.out.println(s); class Person { public Person() { System.out.println("(1) Person's no-arg constructor is invoked"); 13

14 动画跟踪执行 public class Faculty extends Employee { public static void main(string[] args) { new Faculty(); public Faculty() { System.out.println("(4) Faculty's no-arg constructor is invoked"); class Employee extends Person { public Employee() { this("(2) Invoke Employee s overloaded constructor"); System.out.println("(3) Employee's no-arg constructor is invoked"); public Employee(String s) { System.out.println(s); 5. 调用 Person() 构造方法 class Person { public Person() { System.out.println("(1) Person's no-arg constructor is invoked"); 14

15 动画跟踪执行 public class Faculty extends Employee { public static void main(string[] args) { new Faculty(); public Faculty() { System.out.println("(4) Faculty's no-arg constructor is invoked"); class Employee extends Person { public Employee() { this("(2) Invoke Employee s overloaded constructor"); System.out.println("(3) Employee's no-arg constructor is invoked"); public Employee(String s) { System.out.println(s); 6. 执行 println class Person { public Person() { System.out.println("(1) Person's no-arg constructor is invoked"); 15

16 动画跟踪执行 public class Faculty extends Employee { public static void main(string[] args) { new Faculty(); public Faculty() { System.out.println("(4) Faculty's no-arg constructor is invoked"); class Employee extends Person { public Employee() { this("(2) Invoke Employee s overloaded constructor"); System.out.println("(3) Employee's no-arg constructor is invoked"); public Employee(String s) { System.out.println(s); 7. 执行 println class Person { public Person() { System.out.println("(1) Person's no-arg constructor is invoked"); 16

17 动画跟踪执行 public class Faculty extends Employee { public static void main(string[] args) { new Faculty(); public Faculty() { System.out.println("(4) Faculty's no-arg constructor is invoked"); class Employee extends Person { public Employee() { this("(2) Invoke Employee s overloaded constructor"); System.out.println("(3) Employee's no-arg constructor is invoked"); public Employee(String s) { System.out.println(s); 8. 执行 println class Person { public Person() { System.out.println("(1) Person's no-arg constructor is invoked"); 17

18 动画跟踪执行 public class Faculty extends Employee { public static void main(string[] args) { new Faculty(); public Faculty() { System.out.println("(4) Faculty's no-arg constructor is invoked"); 9. 执行 println class Employee extends Person { public Employee() { this("(2) Invoke Employee s overloaded constructor"); System.out.println("(3) Employee's no-arg constructor is invoked"); public Employee(String s) { System.out.println(s); class Person { public Person() { System.out.println("(1) Person's no-arg constructor is invoked"); 18

19 父类没有无参构造方法的影响从下面程序中找出错误 : public class Apple extends Fruit { class Fruit { public Fruit(String name) { System.out.println("Fruit's constructor is invoked"); 19

20 声明一个子类子类从父类那里继承了它的属性和方法, 你也可以 : 添加新属性添加新方法覆盖父类方法 20

21 调用父类的方法可以如下改写 Circle 类中的 printcircle() 方法 : public void printcircle() { System.out.println("The t tl circle is created d"+ super.getdatecreated() + " and the radius is " + radius); 21

22 覆盖父类的方法子类从父类中继承方法有时, 子类需要修改父类中定义的方法的实现, 这个操作被称作覆盖 (method overriding) public class Circle extends GeometricObject { // Other methods are omitted /** Override the tostring method defined d in GeometricObject t */ public String tostring() { return super.tostring() + "\nradius is " + radius; 22

23 注意仅当实例方法是可访问时, 它才能被覆盖这样, 因为私有方法在它的类本身以外是不能访问的, 所以不能覆盖它如果子类中定义的方法在父类中是私有的, 那么这两个方法完全没有关系 23

24 注意与实例方法一样, 静态方法也可以被继承但是, 静态方法不能被覆盖如果父类中定义的静态方法在子类中被重新定义, 那么定义在父类中的静态方法将被隐藏 24

25 覆盖和重载 public class Test { public static ti void main(string[] i args) { A a = new A(); a.p(10); a.p(10.0); class B { public void p(double i) { System.out.println(i * 2); class A extends B { // This method overrides the method in B public void p(double i) { System.out.println(i); public class Test { public static ti void main(string[] i args) { A a = new A(); a.p(10); a.p(10.0); class B { public void p(double i) { System.out.println(i * 2); class A extends B { // This method overloads the method in B public void p(int i) { System.out.println(i); 25

26 Object 类和它的方法 Java 中的每个类都源于 java.lang.object 类如果在定义一个类时没有指定继承性, 那么这个类的父类就被默认是 Object public class Circle {... public class Circle extends Object { 等价于... 26

27 Object 类中的 tostring() 方法调用一个对象的 tostring() 会返回一个描述该对象的字符串它的默认实现会返回一个由该对象所属的类名 at 符合以及一个表示这个对象的数组成的字符串 Loan loan = new Loan(); System.out.println(loan.toString()); tostring()); 这些代码会显示像 Loan@15037e5 这样的字符串这个信这个信息不是很有用, 或者说没有什么信息量通常, 应该覆盖这个 tostring 方法, 这样, 它可以返回一个代表该对象的描述性字符串 27

28 多态动态绑定和泛型程序设计 public class PolymorphismDemo { public static void main(string[] args) { m(new GraduateStudent()); m(new Student()); m(new Person()); m(new Object()); public static void m(object x) { System.out.println(x.toString()); class GraduateStudent d t extends Student t { class Student extends Person { public String tostring() { return "Student"; class Person extends Object { public String tostring() { return "Person"; PolymorphismDemo Run 方法 m 采用一个对象类型的参数你可以使用任何对象来调用它子类的对象可以用在任何需要使用父类对象的地方这个特征就是通常所说的多态当执行方法 m(object x) 时, 调用参数 x 的 tostring 方法 x 可以是 GraduateStudent d Student Person 或 Object 的实例类 GraduateStudent d t Student t Person 和 Object 都有它自己对 tostring 方法的实现使用哪个实现是由 Java 虚拟机在运行时动态决定的这个功能被称为动态绑定 ( dynamic binding) 28

29 动态绑定动态绑定工作机制如下 : 假设对象 o 是类 C 1 C 2... C n-1 C n 的实例, 其中 C 1 是 C 2 的子类, C 2 是 C 3 的子类,..., C n-1 是 C n 的子类也就是说,C n 是最通用的类,C 1 是最特殊的类在 n 1 Java 中,C n 是 Object 类如果对象 o 调用一个方法 p, 那么 Java 虚拟机会依次在类 C 1 C 2... C n-1 C n 中查找方法 p 的实现, 直到找到为止一旦找到一个实现, 就停止查找并调用这个第一次找到的实现 C n C n C 2 C 1 Object 如果 o 是 C 1 的一个实例, 那么 o 也是 C 2, C 3, C n-1 和 C n 的实例 29

30 方法匹配和绑定匹配方法的签名和绑定方法的实现是两个独立的事情引用变量的声明类型决定了编译时匹配哪个方法编译器会在编译时, 根据参数类型参数个数和参数顺序找到匹配的方法一个方法可能在几个子类中都被实现 Java 虚拟机在运行时动态绑定方法的实现, 这是由变量的实际类型决定的参见课后习题 10.7 和

31 泛型程序设计 public class PolymorphismDemo { public static void main(string[] args) { m(new GraduateStudent()); m(new Student()); m(new Person()); m(new Object()); public static void m(object x) { System.out.println(x.toString()); class GraduateStudent extends Student { class Student extends Person { public String tostring() { return "Student"; class Person extends Object { public String tostring() { return "Person"; 多态允许方法可以使用范围更广泛的对象参数这就是通常所说的泛型程序设计如果一个方法的参数类型是一个父类个父类 ( 例如 :Object), 那么可以使用这个父类的子类作为参数 ( 例如 :Student 或 String) 当在一个方法中使用某个对象时 ( 例如 : 一个 student 对象或一个 String 对象 ), 会自动决定调用这些对象中的特定的方法 ( 例如 :tostring 方法 ) 31

32 对象转换你已经使用过转换运算符把一种基本类型变量转换为另一种基本类型也可以使用转换把一种类类型的对象转换为继承体系结构中的另一种类类型的对象在上一节中, 语句 m(new Student()); 将对象 new Student() 赋值给一个 Object 类型的参数这条语句等价于 Object o = new Student(); // Implicit i casting m(o); 语句 Object o = new Student() 被称为隐式转换 (implicit casting), 是合法的, 因为 Student 的实例自动地就是 Object 的实例 32

33 为什么转换是重要的? 假设想使用下面的语句把对象引用 o 赋值给 Student 类型的变量 : Student b = o; 在这种情况下, 就会发生编译错误为什么语句 Object o = new Student() 可以运行, 而语句 Student b = o 就不行呢? 原因是 Student 对象总是 Object 的实例, 但是,Object 对象不一定是 Student 的实例即使可以看到 o 实际上是一个 Student 的对象, 但是编译器还没有聪明到懂得这一点为了告诉编译器 o 就是一个 Student 对象, 就要使用显式转换 (explicit casting) 它的语法与基本类型转换的语法很类似, 用圆括弧把目标对象的类型括住, 然后放到要转换的对象前面, 如下所示 : Student b = (Student)o; // Explicit casting 33

34 将一个父类转换为子类当把一个父类的实例转换为它的子类变量时, 必须使用转换记号 ( 子类名 ) 进行显式转换下面的转换不可能总会成功 Apple x = (Apple)fruit; Orange x = (Orange)fruit; 34

35 Instanceof 运算符使用 instanceof 运算符来检测一个对象是否是一个类个类的实例 : Object myobject = new Circle();... // Some lines of code /** Perform casting if myobject is an instance of Circle */ if (myobject instanceof Circle) { System.out.println("The circle diameter is " + ((Circle)myObject).getDiameter()); tdi t ())... 35

36 提示为了更好地理解类型转换, 可以认为它们类似于水果苹果橘子之间的关系, 其中水果类 Fruit 是苹果类 Apple 和橘子类 Orange 的父类苹果是水果, 所以, 总是可以将 Apple 的实例安全地赋值给 Fruit 变量但是, 水果不一定是苹果, 所以, 必须进行显式转换才能将 Fruit 的实例赋值给 Apple 的变量 36

37 实例 : 演示多态和转换这个例子创建两个几何对象 : 一个圆和一个矩形个矩形, 调用 displaygeometricobject 方法来显示对象如果对象是圆, 那么方法 displaygeometricobject 显示对象的区域和半径, 如果对象是矩形, 则显示对象的区域 TestPolymorphismCasting Run 37

38 equals 方法 equals() 方法比较两个对象的内容 Object 类中 equals 方法的默认实现如下所示 : public boolean equals(object obj) { return (this == obj); 例如 :Circle 类中的 equals 方法被覆盖 public boolean equals(object o) { if (o instanceof Circle) { return radius == ((Circle)o).radius; else return false; 38

39 注意比较运算符 = = 用来比较两个基本数据类型的值是否相等, 或者判断两个对象是否具有相同的引用如果想让 equals 方法能够判断两个对象是否具有相同的内容, 可以在定义这些对象的类时, 覆盖 Circle 类中的 equals 方法运算符 = = 要比 equals 方法的功能强大写, 因为 == 运算符可以检测两个引用变量是否指向同一个对象个 39

40 ArrayList 类和 Vector 类可以创建一个数组存储对象但是, 一旦创建数组, 它的大小就是固定的 Java 提供 ArrayList 类来存储不限定个数的对象 java.util.arraylist +ArrayList() 创建一个空的线性表 +add(o:object):void : 在这个线性表的末尾追加一个新元素个新元素 0 +add(index: int, o: Object) : void 在这个线性表的特定下标处增加一个新元素 0 +clear(): void 从这个线性表中删除所有元素 +contains(o: Object): boolean 如果这个线性表包含元素 0 则返回 true +get(index: int) : Object 返回这个线性表在特定下标处的元素 +indexof(o: Object) : int 返回这个线性表中第一个匹配元素的下标 +isempty(): boolean 如果这个线性表不包含元素则返回 true +lastindexof(o: Object) : int 返回这个线性表中最后一个匹配元素的下标 +remove(o: Object): boolean 从这个线性表中删除元素 0 +size(): int 返回这个线性表中元素的个数 +remove(index: int) : Object 删除指定下标处的元素 +set(index: int, o: Object) : Object 设置在特定下标处的元素 40

41 编译警告从命令行编译这个程序时, 会产生警告 unchecked operation., 忽略这个警告这个警告可以使用第 21 章中介绍的泛型类型来消除 TestArrayList Run 41

42 MyStack 类存储对象的栈 MyStack -list: ArrayList +isempty(): boolean +getsize(): e(): int +peek(): Object +pop(): Object +push(o: Object): void +search(o: Object): int MyStack 一个存储元素的线性表如果这个栈为空则返回 true 返回这个栈中元素的个数返回这个栈顶的元素返回并删除这个栈的栈顶元素添加一个新元素到栈顶返回栈中从栈顶开始匹配特定元素的第一个元素的位置 42

43 protected 修饰符 Protected t 修饰符可以用在类中的数据和方法上公有类中受保护的数据或受保护的方法可以被同一包内的任意类或它的子类访问, 即使它的子类在不同包中 private default protected public 可见性增加 private, none ( 如果不使用任何修饰符 ), protected, public 43

44 可见性总结类中成员的在同一类内在同一包内在子类中可在不同包可访问修饰符可访问可访问访问 public protected - default - - private

45 可见性修饰符 package p1; public class C1 { public int x; protected int y; int z; private int u; protected void m() { public class C2 { C1 o = new C1(); can access o.x; can access o.y; can access o.z; cannot access o.u; can invoke o.m(); package p2; public class C3 extends C1 { can access x; can access y; can access z; cannot access u; public class C4 extends C1 { can access x; can access y; cannot access z; cannot access u; public class C5 { C1 o = new C1(); can access o.x; cannot access o.y; cannot access o.z; cannot access o.u; can invoke m(); can invoke m(); cannot invoke o.m(); 45

46 子类不能削弱可访问性子类可以覆盖它的父类的 protected t 方法, 并把它的可见性改为 public 但是, 子类不能削弱父类中定义的方法的可访问性例如 : 如果一个方法在父类中定义为 public, 在子类中也必须定义为 public 46

47 注意修饰符可以用在类和类的成员 ( 数据和方法 ) 上, 只有 final 修饰符还可以用在方法中的局部变量上方法内的终极局部变量就是常量 47

48 final 修饰符 final 类不能被继承 : final class Math {... final 变量是一个常量 : final static double PI = ; 父类中的 final 方法不能被子类所覆盖 48

49 作业复习题实验 11 编程练习题 ( 无 * 的 ) 49

OOP with Java 通知 Project 4: 4 月 18 日晚 9 点关于抄袭没有分数

OOP with Java Yuanbin Wu cs@ecnu OOP with Java 通知 Project 4: 4 月 18 日晚 9 点关于抄袭没有分数复习类的复用组合 (composition): has-a 关系 class MyType { public int i; public double d; public char c; public void set(double