Java三大特性：封装、继承、多态

（一）封装

（1）什么是封装

  当我们需要安全地访问对象时，例如限制给对象赋值的范围（避免数据类型的不同或者数据范围超出预计等），就需要使用封装技术。

  封装就是将类的某些信息隐藏在类内部，不允许外部程序直接访问，而是通过该类提供的方法（getter和setter）来实现对隐藏信息的操作和访问。

（2）封装的步骤

• 使用关键字private对类的属性进行隐藏（方法一般不用隐藏）；
• 利用setter / getter方法对属性值进行操作；
• 可以在方法中加入条件控制语句，进行限制。

（3）封装示例

/**
 * 用户实体
 * 包括用户编号，姓名，用户名，密码，用户权限等级
 */
public class User {
    private int id;             //用户id
    private String name;        //姓名
    private String unm;         //用户名
    private String pwd;         //密码
    private int level;          //用户权限等级

    public User() {
    }

    public User(int id, String name, String unm, String pwd, int level) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.unm = unm;
        this.pwd = pwd;
        this.level = level;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getUnm() {
        return unm;
    }

    public void setUnm(String unm) {
        this.unm = unm;
    }

    public String getPwd() {
        return pwd;
    }

    public void setPwd(String pwd) {
        this.pwd = pwd;
    }

    public int getLevel() {
        return level;
    }

    public void setLevel(int level) {
        this.level = level;
    }
}

（4）this关键字

  在使用setter方法的时候，会用到this关键字。这是因为方法的形参和类的属性重名，为了区分而使用的。

  属性与局部变量（形参就是一种局部变量）若同名，则属性会被局部变量所覆盖、无法在该方法内起作用。此时，若想在该方法内使用被覆盖的成员变量，必须使用this或类名作为调用者来访问。

（二）继承

（1）概述

  继承是面向对象的三大特征之一，可以使得子类具有父类的属性和方法。另外，还可以在子类中重新定义、追加属性和方法。

  继承是在原有类的基础上，进行功能扩展，创建新的类型。

（2）注意事项

• Java中的类只有单继承（即一个类只能有一个父类），没有多继承（即一个类不能同时有多个父类）；
• Java中的类支持多层继承（即允许A继承B、B继承C……）；
• 继承是类和类之间的一种关系。此外，类和类之间的关系还有依赖、组合、聚合等；
• 继承关系的两个类，一个为子类（派生类），一个为父类（基类 / 超类）。子类继承父类，使用关键字extends来表示。
  • 子类和父类之间，从意义上讲应该具有子类 is a 父类的关系；
  • extends的意思是“扩展”，子类是父类的扩展。
• 当调用子类中的一个成员变量 / 成员方法时，最先在子类中寻找，如果没找到就再去父类中寻找，如果都没有找到就报错。（即，不会再去父类的父类中寻找——这点也很好理解，如果父类的父类中有的话，父类会继承过来、不可能找不到）

（3）语法

  继承的语法格式：

public class 子类名 extends 父类名 {
    //...
}

  例子：

//父类
public class Person {
    public int money = 1000;
    public void say() {
        System.out.println("说...");
    }
}

//子类
public class Student extends Person {
    
}

//执行
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Student stu = new Student();
        stu.say();
        System.out.println(stu.money);
    }
}

  可见，虽然在子类Student中并没有定义属性、方法，但由于Student类继承了父类Person，因此Student类中自然就含有了父类当中的属性、方法，可以当成自己的属性、方法一样去使用。

（4）访问修饰符

  Java访问修饰符是用来控制类、方法和变量的访问权限。

  Java中一共有4种访问修饰符，分别是：

• public：公共访问修饰符；
• protected：保护访问修饰符；
• default：默认访问修饰符（也就是啥也不写）；
• private：私有访问修饰符。

1.public

  范围：不同类、不同包下都可以任意访问。

2.protected

  范围：①本类内部；②子类内部；③与继承关系之中的父类处于同一个包中的其他类。

  例如，A是父类（A中定义了一个protected的属性），B是子类，B类继承A类，那么，

• 在A类自己的类内部，可以随意访问该protected属性；
• 在子类B自己的内部，可以随机访问该protected属性；
• 有另一个C类，想通过new实例化对象的方式对该protected进行访问，那么它需要new一个A类，或者new一个B类。但此时，C类如果与A类在同一个包下，则能够通过对象.属性的方式访问到；反之，若C类与A类不在同一个包下，则访问不到该protected属性。

3.default

  当定义变量、方法及类时，若不写访问修饰符，我们称之为默认的访问修饰符，用一个词来形容就叫default。

  范围：①本类内部；②同一个包下的其他类。——即，专门针对本包访问而设计。

  注意：在接口中，默认的访问修饰符是public（即，你不写访问修饰符时，它会自动认为是public）。

4.private

  范围：只能在当前类内部访问，其他地方一律访问不到（无论是同包、跨包，无论是不是子类）。

（5）super关键字

  super关键字的用法和this关键字的用法类似。

• this：代表对本类对象的引用；
• super：代表对父类对象的引用。

（6）方法重写（Override）

1.概念

  子类中出现了和父类中一模一样的方法声明。

2.应用场景

  当子类需要父类的功能，而在此基础上子类又有自己特有的内容时，可以重写父类中的方法。这样，既沿袭了父类的功能，又定义了子类特有的内容。

3.注解

  @Override是一个注解，可以帮助我们检查重写方法的方法声明的正确性。

4.注意事项

• 子类重写父类的方法，重写后的方法的访问权限不能比父类的更低。（即子类重写的方法不能比父类具有更严格的访问权限）
• 子类重写父类的方法，必须是一模一样的方法声明。即，
  • 方法名不能修改；
  • 参数列表不能修改；
  • 返回值，如果是基本数据类型，则不能修改；如果是引用数据类型，则可以是原本返回值的子类（这一点涉及到多态的知识点）。

5.重写与重载的区别

  重写（Override）一定是发生在继承关系中，至少伴随着2个类，是子类把父类中具有相同声明（方法名相同、参数列表相同、返回值相同或为子类）的方法重新写一遍。

  重载（Overload）一定是发生在同一个类下的，与返回值无关，方法名不能修改，且参数列表必须不一样（形参个数不一样、形参类型不一样、形参顺序不一样）。

注意：

  子类继承父类后，在子类中可以对从父类继承过来的方法进行重载。这样一来，两个方法看似是处于两个类中，似乎与“重载一定发生在同一个类下”相矛盾。实际上并不矛盾，子类继承了父类，实际上父类的那个方法已经隐式地存在于子类当中了，因此仍然是在同一个类下进行方法重载。

（7）继承中的构造方法

  父类的构造函数不能被子类继承。

  子类中所有的构造方法，默认都会先访问父类的无参构造方法。——即，在子类的每一个构造方法中，都会隐式地默认在开头处执行一行super();

  很好理解，由于子类要继承父类中的数据，所以，父类必须先初始化、开辟堆空间，否则子类去哪访问、操作父类的属性或方法呢？

  至此，再结合“构造函数”本身的相关知识点，我们可以分析出以下几个特殊情况的原理：

  1.如果在父类中手动进行了含参构造函数的定义，则此时系统默认提供的无参构造函数就不存在了，从而会导致子类的构造方法报错（因为子类调用不到父类的无参构造函数了，从而无法使父类初始化）。分析其原理，可知两种解决办法：①手动再给父类定义一个无参构造函数（推荐）；②使用父类中定义的含参构造函数对父类进行初始化。即，在子类构造方法的第一行处，手动调用父类的含参构造函数super(形参列表);

  2.会出现一个现象，我们在实例化一个子类对象时，子类的构造函数会自动执行。但与此同时，父类的构造函数也执行了，且在子类的之前。例子如下：

class Animal {
    public Animal() {
        System.out.println("I am Animal.");
    }
}

class Dog {
    public Dog() {
        System.out.println("I am Dog.")
    }
}

  此时，如果实例化对象，执行Dog d = new Dog();，则运行结果如下：

I am Animal.
I am Dog.

（三）多态

（1）概念

  简单地说就是一个抽象的对象有多种具体的形态。

  具体来说就是父类中的方法被子类继承后，可以通过子类重写，使之在各个子类中具备不同的含义和作用。

  举例：

class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("吃东西");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("吃骨头");
    }
}

class Cat extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("吃鱼");
    }
}

  上述代码中，父类中同一个eat()方法在不同子类中表现出不同的行为，就是多态。

（2）条件

  三大条件：

• 继承：必须存在继承；
• 重写：子类必须对父类中的方法进行重写；
• 向上转型：父类引用指向子类对象。

（3）向上转型与向下转型

1.向上转型

  向上转型（upcasting）是指将一个子类的对象引用赋值给其父类类型的引用变量。这是在面向对象编程中的一种常见操作，用于实现多态性的灵活的对象处理。

  在向上转型中，子类对象可以被视为父类对象（就像byte b = 1; int i = b;一样，b就被视为int、按照int来继续进行后续操作了），可以使用父类类型的引用变量来引用子类对象。这样做的好处是可以以统一的方式处理不同类型的对象，实现代码的灵活性和可扩展性。

  特点：

• 子类对象可以隐式地转型为父类对象，不需要任何显式的类型转换操作；
• 父类引用变量可以引用子类对象，但通过父类引用变量只能访问到子类对象中定义的父类成员，无法访问子类独有的成员。如果确实要访问，有两种方法：
  • 向下转型转回去。如：Animal ani = new Dog();，再向下转型Dog dog = (Dog) ani;
  • 不向上转型，直接自己new自己。如：Dog dog = new Dog();
• 子类对象中重写的方法，在通过父类引用变量调用时，会调用子类中的实现。
• 向上转型是安全的操作，因为子类对象本身就是一个父类对象。

  举例：

class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("动物吃东西");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("狗吃骨头");
    }
}

class Cat extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫吃鱼");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal dog = new Dog();		//父类的引用指向子类的对象
        Animal cat = new Cat();		//父类的引用指向子类的对象
        
        dog.eat();
        cat.eat();
    }
}

2.向下转型

  向下转型（downcasting）是指将一个父类类型的引用变量转换为其子类类型的引用变量。它与向上转型相反，需要进行显式的类型转换操作。

  在某些情况下，当一个对象被向上转型后，它的具体类型信息会丢失，只保留了父类类型的信息。如果我们需要访问子类中特有的成员，就需要使用向下转型。

  需要注意的是，向下转型是有风险的，因为转换的对象必须是实际上的子类对象才能成功，否则会在运行时抛出ClassCastException异常。

  举例：

class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("Animal is eating.");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("Dog is eating.")
    }
    
    //子类独有的方法
    public void bark() {
        System.out.println("Dog is barking.")
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal ani = new Dog();		//向上转型
        
        //使用向下转型之前，需要先检查对象是否实际上是子类的实例
        //错误示例：
        //从语法上是对的，符合强制类型转换。但一运行就会报错（ClassCastException），因为类型不匹配。
        //Cat cat = (Cat) ani;
        if(ani instanceof Dog) {
            Dog dog = (Dog) ani;		//向下转型
            dog.bark();
        } else {
            System.out.println("ani is not an instance of Dog.")
        }
    }
}

  说明：

  instance运算符用来检查ani是否是Dog类的实例，如果是，返回true，否则返回false，以此确保向下转型时的类型安全。