面向对象程序设计—继承和多态

本文为Java语言程序设计中面向对象程序设计的分篇。主要由个人用于在Java语言程序设计，尤其是面向对象程序设计方面的学习理解，方便回顾总结。
采用书籍为 Y.Daniel Liang 所著的《Java语言程序设计-基础篇》第八版。

继承和多态

我们知道，面向对象程序设计的三个特点是封装、继承和多态，在这里我们先来学习继承。
什么是继承？继承就是从已有的类A中派生出新的类B，类B除了有自己特有的属性之外，还包含了类A中的所有属性。
通过继承，我们可以避免设计类时造成冗余，并且可以使得程序更易于理解和维护。

1.1 父类和子类

在Java的术语中，如果类C1拓展自另一个类C2，那么就将C1称为次类，将C2称为超类。超类也称为父类或基类，次类又称为子类、拓展类或派生类。

我们通过举例来进一步理解父类和子类。
假设我们在平面设计建模时需要创建像圆、矩形这样的几何对象，这些几何对象有一些共同的属性和行为 —— 它们可以是用某种颜色画出来的，并且可以选择是否填充。 那么此时，我们可以设计一个通用类 GeometricObject 并用它来建模所有的几何对象，这个类包含了属性color和 illed，以及适用于这些属性的get和 set 方法。但是这些几何对象除了这些共同的属性之外，还有各自的形状、大小。因此我们需要通过拓展GeometricObject类来定义Circle类或者Rectangle类或者其它几何图形类。此时，我们称 GeometricObject 类为 Circle 的父类，Circle类为GeometricObject类的子类。

子类继承了它父类的属性的同时，也从它的父类中继承了可访问的数据域和方法，同时还可以添加新数据域和新方法。
如图11-1所示，Circle类继承了GeometricObject类所有可以访问的数据域和方法。除此之外，它还有一个新的数据域radius，以及与radius相关的get和set方法。它还包括getArea（）、getPerimeter（）等方法以返回圆的面积、周长。
基本的概念我们已经了解了，然后我们通过代码来进一步学习继承，以下是GeometricObject类以及Circle类的代码。

//GeometricObject.java
public class GeometricObject{
	private String color = "white";
	private boolean filled;
	private Java.util.Date dateCreated;
	
	//创建一个默认的几何对象
	public GeometicObject(){	
		dateCreated = new java.util.Date();
	}
	//	使用指定的颜色和填充值构造一个几何对象
	public GeometricObject(String color,boolean filled){
		dateCreated = new java.util.Date();
		this.color = color;
		this.filled = filled;
	}
	//	返回该几何图形的颜色
	public String getColor(){
		return color;
	}
	//	设置一个新的颜色
	public void setColor(String color){
		this.color = color;
	}
	//	返回该几何图形的填充值
	public boolean isFilled(){
		return filled;
	}
	//	更改填充值
	public void setFilled(boolean filled){
		this.filled = filled;
	}
	//	获得这个几何图形
	public java.util.Date getDateCreated(){
		return dateCreated;
	}
	//	对toString重写 返回该几何图形的字符串表示形式
	public String toString(){
		return "created on" + dateCreated + "\ncolor" + color+
			" and filled" + filled;
	}
}

//	Circle.java
public class Circle extends GeometricObject{
	private double radius;
	//	创建一个默认的圆(这个默认包括Circle类的属性以及GeometricObject类的属性)
	public Circle(){
	}
	//	更改圆的半径
	public Circle4(double radius){
		this.radius = radius;
	}
	//	更改圆的半径、颜色以及填充值
	public Circle(double radius, String color, boolean filled){
		this.radius = radius;
		setColor(color);
		setFilled(filled);
	}
	//	返回圆的半径
	public double getRadius(){
		return radius;
	}
	//	更改圆的半径
	public void setRadius(double radius){
		this.radius = radius;
	}
	//	返回圆的面积
	public double getArea(){
		return radius * radius * Math.PI;
	}
	//	返回圆的直径
	public double getDiameter(){
		return 2 * radius
	}
	//	返回圆的周长
	public double Perimeter(){
	return 2 * radius * Math.PI;
	}
	//	输出圆的信息
	public void printCircle(){
		System.out.println("The circle is created " + gerDateCreated() + 
			" and the radius is " + radius );
	}
}

Circle类代码的第一行关键字extends告诉编译器，Circle类拓展GeometricObject类，这样，它就继承了getColor、setColor、isFilled、setFilled和toString方法。
重载的构造方法Circle(double radius, String color,boolean filled)是通过调用getColor和setFilled方法设置color和filled属性来执行的。这两个公共方法是在父类GeometricObject中定义的，在Circle中继承。因此，可以在子类中使用它们。
可以尝试在构造方法中使用数据域color和filled，如下所示：

public Circle(double radius, String color, boolean filled){
	this.radius = radius;
	this.color = color;	//	Illegal(非法的)
	this.filled = filled;	//	Illegal
}

这是错误的，因为GeometricObject类中的私有数据域color和filled是不能被除了GeometricObject类本身之外的其他任何类访问的。而唯一读取和改变color与filled的方法就是通过它们的get和set方法。

下面是在考虑继承时很值得注意的几点：

（1）：和传统的理解相反，子类并不是父类的一个子集。实际上，一个子类通常比它的父类包含更多的信息和方法。
（2）：父类中的私有数据域在该类之外是不可访问的，因此不能在子类中直接使用它们。
（3）：不是所有的“是关系”都该用继承来建模。例如：一个正方形是一个矩形，但不应该定义一个Square类来拓展Rectangle类，因为没有任何东西能从矩形拓展到正方形。如果要用类B去拓展类A，那么A应该比B包含更多的信息。
（4）：继承是用来为“是关系”建模的，不应该盲目地拓展一个类。即使Person类和Tree类可以共享高度和重量这样的通用特性，但从Person类拓展出Tree类是毫无意义的。一个父类和它的子类之间必须存在是关系。
（5）：在Java中不允许多重继承，一个Java类只可能直接继承自一个父类，这种限制被称为单一继承。如果使用extends关键字来定义一个子类，它只允许有一个父类。