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:
Java代码 JAVA面试题解惑系列(九)——继承、多态、重载和重写_重写
  1. public class Sub {   
  2.     private Parent p = new Parent();   
  3.   
  4.     public void doSomething() {   
  5.         // 复用Parent类的方法   
  6.         p.method();   
  7.         // other code   
  8.     }   
  9. }   
  10.   
  11. class Parent {   
  12.     public void method() {   
  13.         // do something here   
  14.     }   
  15. }  

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:
Java代码 JAVA面试题解惑系列(九)——继承、多态、重载和重写_重写
  1. //汽车接口   
  2. interface Car {   
  3.     // 汽车名称   
  4.     String getName();   
  5.   
  6.     // 获得汽车售价   
  7.     int getPrice();   
  8. }   
  9.   
  10. // 宝马   
  11. class BMW implements Car {   
  12.     public String getName() {   
  13.         return "BMW";   
  14.     }   
  15.   
  16.     public int getPrice() {   
  17.         return 300000;   
  18.     }   
  19. }   
  20.   
  21. // 奇瑞QQ   
  22. class CheryQQ implements Car {   
  23.     public String getName() {   
  24.         return "CheryQQ";   
  25.     }   
  26.   
  27.     public int getPrice() {   
  28.         return 20000;   
  29.     }   
  30. }   
  31.   
  32. // 汽车出售店   
  33. public class CarShop {   
  34.     // 售车收入   
  35.     private int money = 0;   
  36.   
  37.     // 卖出一部车   
  38.     public void sellCar(Car car) {   
  39.         System.out.println("车型:" + car.getName() + "  单价:" + car.getPrice());   
  40.         // 增加卖出车售价的收入   
  41.         money += car.getPrice();   
  42.     }   
  43.   
  44.     // 售车总收入   
  45.     public int getMoney() {   
  46.         return money;   
  47.     }   
  48.   
  49.     public static void main(String[] args) {   
  50.         CarShop aShop = new CarShop();   
  51.         // 卖出一辆宝马   
  52.         aShop.sellCar(new BMW());   
  53.         // 卖出一辆奇瑞QQ   
  54.         aShop.sellCar(new CheryQQ());   
  55.         System.out.println("总收入:" + aShop.getMoney());   
  56.     }   
  57. }  

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:
Java代码 JAVA面试题解惑系列(九)——继承、多态、重载和重写_重写
  1. // 桑塔纳汽车   
  2. class Santana implements Car {   
  3.     public String getName() {   
  4.         return "Santana";   
  5.     }   
  6.   
  7.     public int getPrice() {   
  8.         return 80000;   
  9.     }   
  10. }  


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:
Java代码 JAVA面试题解惑系列(九)——继承、多态、重载和重写_重写
  1. public void method(int i, String s) {   
  2.     // do something   
  3. }   
  4.   
  5. public String method(int i, String s) {   
  6.     // do something   
  7. }  

而这两个就是具有不同型构的方法:
Java代码 JAVA面试题解惑系列(九)——继承、多态、重载和重写_重写
  1. public void method(int i, String s) {   
  2.     // do something   
  3. }   
  4.   
  5. public void method(String s, int i) {   
  6.     // do something   
  7. }  

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。