Что такое наследование в java
Наследование
Содержание
Наследование — это процесс перенимания классом свойств (методов и полей) другого класса. С использованием в Java наследования информация становится управляемой в иерархическом порядке.
Класс, который наследует свойства другого класса, называется подклассом (производным классом, наследующим классом), а класс, свойства которого наследуются, известен как суперкласс (базовый класс, родительский класс)
Ключевое слово extends
extends — это кодовое слово, используемое для наследования свойств класса. Взглянем на синтаксис этого ключевого слова.
Синтаксис
Пример кода
Дальше приведён пример процесса наследования на Java. На этом примере Вы можете рассмотреть два класса с именами Calculator и My_Calculator.
Используя ключевое слово extends в Java, My_Calculator перенимает методы addition() и subtraction() класса Calculator.
Скопируйте и вставьте эту программу в файле под именем My_Calculator.java
Скомпилируйте и выполните вышеприведённый код, как показано ниже.
После запуска программы получим следующий результат:
В данной программе, при создании объекта классу My_Calculator, копия содержимого суперкласса создаётся в нём же. Поэтому, используя объект подкласса, Вы можете получить доступ к членам суперкласса.
Ссылочная переменная суперкласса может содержать объект подкласса, но, используя эту переменную, Вы можете иметь доступ только к членам суперкласса, поэтому, чтобы иметь доступ к членам обоих классов, рекомендуется всегда создавать ссылочную переменную к подклассу.
Обращаясь к программе выше, Вы можете создать экземпляр класса, как в примере ниже. Но, используя ссылочную переменную суперкласса, Вы не можете вызвать метод multiplication(), который принадлежит подклассу My_Calculator.
Примечание: подкласс наследует все члены (поля, методы, вложенные классы) из суперкласса. в Java конструкторы не являются членами, поэтому они не наследуются подклассом, но конструктор суперкласса может быть вызван из подкласса.
Ключевое слово super
Ключевое слово super схоже с ключевым словом this. Ниже приведены случаи, где используется super в Java.
Дифференциация членов
Если класс перенимает свойства другого класса, и члены суперкласса имеют те же имена, что и в подклассе, для их разделения мы используем ключевое слово super, как показано ниже.
Пример кода
Этот раздел содержит программу, которая демонстрирует использование ключевого слова super в Java.
В предложенной программе у вас есть два класса с именами Sub_class и Super_class, оба имеющие метод display() с разными реализациями и переменную с именем num с разными значениями. Вы можете увидеть, что мы использовали ключевое слово super для дифференциации членов суперкласса из подкласса.
Скопируйте и вставьте эту программу в файле под именем Sub_class.java.
Скомпилируйте и выполните вышеприведённый код, как показано ниже.
После запуска программы будет получен следующий результат:
Вызов конструктора суперкласса
Если класс перенимает свойства другого класса, подкласс автоматически получается стандартный конструктор суперкласса. Но если Вы хотите вызвать параметризованный конструктор суперкласса, Вам нужно использовать ключевое слово super, как показано ниже.
Пример кода
В предложенной программе демонстрируется использование в Java ключевого слова super для вызова параметризованного конструктора. В этой программе содержится суперкласс и подкласс, где суперкласс содержит параметризованный конструктор, который принимает строковое значение, а мы используем ключевое слово super для вызова параметризованного конструктора суперкласса.
Скопируйте и вставьте эту программу в файле под именем Subclass.java
Скомпилируйте и выполните вышеприведённый код, как показано ниже.
После запуска программы будет выдан результат:
Отношение IS-A
IS-A — это способ сказать «Этот объект является типом этого объекта». Давайте посмотрим, как ключевое слово extends используется для достижения наследования.
Теперь, основываясь на примере выше, в объектно-ориентированных терминах, следующие утверждения верны
Теперь, используя отношение IS-A, мы можем сказать так:
С использованием ключевого слова extend, подклассы могут наследовать все свойства суперкласса кроме его приватных свойств (private).
Мы можем убедиться, что Mammal на самом деле Animal с использованием оператора экземпляра.
Мы получим следующий результат:
Так как у нас есть хорошее понимание принципа работы ключевого слова extends, давайте рассмотрим, как используется ключевое слово implements для получения отношения IS-A.
В общем, ключевое слово implements в Java используется с классами для перенятия свойств интерфейса. Интерфейсы никогда не могут быть переняты классом с помощью extends.
Пример
Ключевое Слово instanceof
Давайте использует оператор instanceof в Java с целью проверки, являются ли Mammal и Dog на самом деле Animal.
Пример
Мы получим следующий результат:
Отношение HAS-A
Эти отношения в основном основаны на обращении. Они определяют, является ли определенный класс HAS-A определенным случаем. Эта взаимосвязь помогает уменьшить дублирование кода, а также баги. Взглянем на пример.
Мы видим, что у класса Van HAS-A (есть) Speed. Имея отдельный класс Speed, нам не нужно вставлять код, принадлежащий Speed в класс Van, что позволяет нам использовать класс Speed в нескольких приложениях.
В особенности объектно-ориентированного программирования, пользователям не нужно волноваться о том, какой объект выполняет текущую работу. Для достижения этого, класс Van скрывает детали реализации от пользователей класса Van. Таким образом, пользователи, должны попросить класс Van выполнить определенное действие, и класс Van либо выполнит работу сам по себе, либо попросит другой класс выполнить действие.
Виды наследования
Есть различные способы наследования, как показано ниже.
| Вид | Схема | Пример |
| Одиночное наследование |  | |
| Многоуровневое наследование |  | |
| Иерархическое наследование |  | |
| Множественное наследование |  |
Очень важно запомнить, что Java не поддерживает множественное наследование. Это значит, что класс не может продлить более одного класса. Значит, следующее утверждение НЕВЕРНО:
Тем не менее, класс может реализовать один или несколько интерфейсов, что и помогло Java избавиться от невозможности множественного наследования.
Наследование в Java: основные правила с примерами
Наследование в Java — механизм, который позволяет одному классу получить все элементы и свойства другого класса. Этот процесс также называют расширением, преобразованием или отношением «родитель-потомок».
Суперкласс (родитель) — основной класс, от которого принимаются все элементы.
Подкласс (расширенный, дочерний) — класс, который преобразовывается от другого класса, при этом может иметь свои элементы.
Зачем применяют наследование в Java? Суть в том, что можно образовать новые классы, используя уже имеющийся код. При этом есть возможность добавить другие переменные в дочерний класс, получив при этом новый.
Синтаксис:
Ключевое слово extends означает, что создается новый класс от уже имеющегося.
Из примера видно, что класс Apple создается из Fruit, при этом наследуются все его элементы. Так, Fruit — это класс-родитель, а Apple — класс-потомок.
Как наследовать?
Основной и дочерний класcы создают определенную иерархию. На вершине — всегда базовый, а под ним строятся подклассы. При этом преобразованный класс служит родителем для других подклассов.
В Java существуют такие способы преобразования:
Рассмотрим их по порядку.
Одиночное наследование
Механизм одиночного наследования очень прост: подкласс получает свойства только от одного основного класса:
Многоуровневое наследование
Многоуровневый процесс происходит при наследовании дополнительного класса от базового, затем этот же класс действует уже как основной для следующего:
То есть, в конце мы обращаемся к методу walk() от Pet, потом к sleep() от Cat, а затем к purr () от Kitty.
Иерархическое наследование
Иерархическое наследование происходит, когда несколько подклассов получают разрешение от одного суперкласса:
Класс Kitty унаследовал от Pet walk(), а также у него есть свой purr (), соответственно метод sleep() от Cat ему не доступен.
Правила наследования
Написание кода подчиняется своим законам. В Java также есть определенные правила.
Обращение к методу родителя с помощью super
Чтобы обратиться к методу родителя, нужно использовать ключевое слово super.
Давайте используем один из предыдущих вариантов-примеров, добавив super в преобразованный Cow:
В главном Pet есть walk (), также и в расширенном Сow, но уже с приставкой super.walk (), мы обращаемся к walk () в суперкласс из подкласса.
Получение доступа к защищенным элементам и методам
Если protected (защищен) стоит перед элементами и методами — это указание на то, что к ним можно обратиться из производного класса:
Как видно из примера, у нас есть основной класс — Pet — с защищенными name и display. Чтобы обойти эту защиту, мы создали новый объект small подкласса Kitty и получили необходимый доступ.
Наследовать можно всего один класс
Интересно, что в Java нет многократного наследования — оно возможно только от одного суперкласса.
Важно! В Java класс не может унаследовать ничего сам от себя.
Наследуется все, кроме приватных переменных и методов
В Java модификатор private сообщает о том, что классы-наследники не получат от родителя элементы с таким обозначением. Если вы попробуете произвести extends, компилятор выдаст ошибку.
Как переделать метод класса-родителя
Override (переопределение) — мощный инструмент, который применяется, когда необходимо изменить или переопределить реализацию метода, полученного от суперкласса.
Важные моменты при использовании Override:
Как запретить наследование
В результате мы получим ошибку.
Наследование Java с примерами
Когда один класс наследуется от другого класса, эти два класса принимают определенные роли. Подкласс расширяет суперкласс. Или подкласс наследует от суперкласса. Подкласс – это специализация суперкласса, а суперкласс – это обобщение одного или нескольких подклассов.
Как метод повторного использования кода
Наследование может быть эффективным методом для обмена кодом между классами, которые имеют некоторые общие черты, но позволяя классам иметь некоторые части, которые отличаются.
Вот диаграмма, иллюстрирующая класс с именем Vehicle, который имеет два подкласса, называемые Car и Truck.
Класс Vehicle является суперклассом легковых и грузовых автомобилей. Автомобиль и Грузовик – подклассы Автомобиля. Класс Vehicle может содержать те поля и методы, которые нужны всем транспортным средствам (например, номерной знак, владелец и т. д.), Тогда как Car и Truck могут содержать поля и методы, специфичные для легковых и грузовых автомобилей.
Примечание. Некоторые люди утверждают, что наследование – это способ классификации ваших классов в зависимости от того, чем они являются. Автомобиль – это Автомобиль. Грузовик – транспортное средство. Однако на практике это не то, как вы определяете, какие суперклассы и подклассы должны иметь ваше приложение. Обычно это определяется тем, как вам нужно работать с ними в приложении.
Например, вам нужно ссылаться на объекты Car и Truck как объекты Vehicle? Вам нужно обрабатывать объекты Car и Truck одинаково? Тогда имеет смысл иметь общий суперкласс Vehicle для двух классов. Если вы никогда не обрабатываете объекты Car и Truck одним и тем же способом, нет смысла иметь для них общий суперкласс, кроме, возможно, совместного использования кода между ними (чтобы избежать написания дублирующего кода).
Классовые иерархии
Суперклассы и подклассы образуют структуру наследования. На вершине иерархии классов суперклассы. В нижней части иерархии – подклассы. Иерархия может иметь несколько уровней, то есть несколько уровней суперклассов и подклассов. Подкласс сам может быть суперклассом других подклассов и т. д.
Основы
Когда класс наследует от суперкласса, он наследует части методов и полей суперкласса. Подкласс также может переопределять (переопределять) унаследованные методы. Поля не могут быть переопределены, но могут быть «затенены» в подклассах. Как все это работает, рассказывается далее в этом тексте.
Что унаследовано?
Когда подкласс расширяет суперкласс в Java, он наследует все защищенные и открытые поля и методы, которые становятся его частью, как если бы он объявил их сам. Защищенные и открытые поля можно вызывать и ссылаться так же, как на методы, объявленные непосредственно в нем.
Поля и методы с модификаторами доступа по умолчанию (пакет) могут быть доступны для подклассов, только если он находится в том же пакете, что и суперкласс. На частные поля и методы суперкласса никогда нельзя ссылаться непосредственно, только через методы, достижимые из подкласса (например, методы по умолчанию (пакет), защищенные и публичные).
Конструкторы не наследуются подклассами, но конструктор подкласса должен вызывать конструктор в суперклассе.
Единичное наследование
Механизм наследования позволяет наследовать класс только от одного суперкласса (единичное наследование). В некоторых языках программирования, таких как C ++, подкласс может наследоваться от нескольких суперклассов (множественное).
Так как множественный вариант может создать некоторые странные проблемы, например, суперклассы содержат методы с одинаковыми именами и параметрами, он был исключен в Java.
Объявление
Объявляется с использованием ключевого слова extends:
Класс Car в этом примере расширяет класс Vehicle, то есть Car наследуется от Vehicle. Поскольку Car расширяет Vehicle, защищенное поле licensePlate из Vehicle наследуется Car. Когда licensePlate наследуется, оно становится доступным внутри экземпляра Car.
В поле licensePlate на самом деле не ссылаются из класса Car в приведенном выше коде, но можно, если мы захотим:
Ссылка происходит внутри метода getLicensePlate(). Во многих случаях имело бы смысл поместить этот метод в класс Vehicle, где находится поле licensePlate.
Приведение типов
Можно ссылаться на подкласс как на экземпляр одного из его суперклассов. Например, используя определения класса из примера в предыдущем разделе, можно ссылаться на экземпляр класса Car как на экземпляр класса Vehicle. Так как Car расширяет (наследует) Vehicle, он также называется Vehicle.
Вот пример кода Java:
Как видите, можно использовать экземпляр некоторого подкласса, как если бы он был экземпляром его суперкласса. Таким образом, вам не нужно точно знать, к какому подклассу относится объект. Например, вы можете рассматривать экземпляры Грузовика и Автомобиля как экземпляры Транспортного средства.
Upcasting и Downcasting
Вы всегда можете привести объект подкласса к одному из его суперклассов, либо из типа суперкласса к типу подкласса, но только если объект действительно является экземпляром этого подкласса (или экземпляром подкласса этого подкласса). Таким образом, этот пример downcasting действителен:
Однако следующий приведенный ниже пример недопустим. Компилятор примет его, но во время выполнения, выдаст исключение ClassCastException.
Объект «Грузовик» может быть передан объекту «Автомобиль», но позже он не может быть передан объекту «Автомобиль». Это приведет к исключению ClassCastException.
Переопределяющие методы
В подклассе вы можете переопределить методы, определенные в суперклассе:
Обратите внимание, как и класс Vehicle, и класс Car определяют метод setLicensePlate(). Теперь каждый раз, когда setLicensePlate() вызывается для объекта Car, вызывается метод, определенный в классе Car. Метод в суперклассе игнорируется.
Чтобы переопределить метод, сигнатура метода в подклассе должна быть такой же, как в суперклассе, иметь точно такое же имя, количество и тип параметров, последовательность их перечисления. В противном случае метод в подклассе будет считаться отдельным методом.
Невозможно переопределить закрытые методы из суперкласса. Если суперкласс вызывает внутренний метод из другого, он будет продолжать вызывать его из суперкласса, даже при создании частного метода в подклассе с той же сигнатурой.
Аннотация @override
Если вы переопределяете метод в подклассе, и метод внезапно удаляется или переименовывается или его сигнатура изменяется в суперклассе, метод в подклассе больше не переопределяет метод в суперклассе. Было бы хорошо, если бы компилятор мог сказать вам, что переопределяемый метод больше не переопределяет метод в суперклассе, верно?
Для этого и нужна аннотация @ override. Вы размещаете ее над методом, который переопределяет метод в суперклассе:
Вызов методов суперкласса
Если вы переопределяете метод в подклассе, но по-прежнему должны вызывать метод, определенный в суперклассе, используйте ссылку super, например:
В приведенном выше примере кода метод setLicensePlate() в классе Car вызывает метод setLicensePlate() в классе Vehicle.
Вы можете вызывать реализации суперкласса из любого метода в подклассе, как описано выше. Он не должен быть из самого переопределенного метода. Например, вы могли бы также вызвать super.setLicensePlate() из метода в классе Car с именем updateLicensePlate(), который не переопределяет метод setLicensePlate().
Пример инструкции
Java содержит инструкцию с именем instanceof. Она может определить, является ли данный объект экземпляром некоторого класса:
После выполнения этого кода переменная isCar будет содержать значение true.
Инструкция instanceof также может использоваться для определения того, является ли объект экземпляром суперкласса своего класса. Вот пример, который проверяет, является ли объект Car экземпляром Vehicle:
Предполагая, что класс Car расширяет (наследует от) класс Vehicle, переменная isVehicle будет содержать значение true после выполнения этого кода. Объект Car также является объектом Vehicle, поскольку Car является подклассом Vehicle.
Как видите, инструкция instanceof может использоваться для изучения иерархии наследования. Тип переменной, используемый с ней, не влияет на ее результат. Посмотрите на этот пример:
Несмотря на то, что переменная транспортного средства имеет тип Vehicle, объект, на который она в конечном итоге указывает в этом примере, является объектом Car. Поэтому экземпляр транспортного средства автомобиля будет оценен как истинный.
Вот тот же пример, но с использованием объекта Truck вместо объекта Car:
После выполнения этого кода isCar будет содержать значение false. Объект Truck не является объектом Car.
Как наследуются
Как упоминалось ранее, в Java поля не могут быть переопределены в подклассе. Если вы определяете поле в подклассе с тем же именем, что и в суперклассе, поле в подклассе будет скрывать поле в суперклассе. Если подкласс попытается получить доступ к полю, он получит доступ к полю в подклассе.
Однако, если подкласс вызывает метод в суперклассе, который обращается к полю с тем же именем, что и в подклассе, это поле в суперклассе, к которому осуществляется доступ.
Вот пример, который иллюстрирует, как поля в подклассах скрывают поля в суперклассах:
Обратите внимание, как для обоих классов определено поле licensePlate.
И класс Vehicle, и класс Car имеют методы setLicensePlate() и getLicensePlate(). Методы в классе Car вызывают соответствующие методы в классе Vehicle. В результате оба набора методов получают доступ к полю licensePlate в классе Vehicle.
Однако метод updateLicensePlate() в классе Car напрямую обращается к полю licensePlate. Таким образом, он получает доступ к полю licensePlate класса Car. Следовательно, вы не получите тот же результат, если вызовете setLicensePlate(), как при вызове метода updateLicense().
Посмотрите на следующие строки кода:
Этот код распечатает текст 123.
Метод updateLicensePlate() устанавливает значение номерного знака в поле licensePlate в классе Car. Однако метод getLicensePlate() возвращает значение поля licensePlate в классе Vehicle. Следовательно, значение 123, которое устанавливается как значение для поля licensePlate в классе Vehicle с помощью метода setLicensePlate(), является тем, что выводится на печать.
Конструкторы
Механизм наследования не включает конструкторы. Другими словами, конструкторы суперкласса не наследуются подклассами. Подклассы могут по-прежнему вызывать конструкторы в суперклассе, используя конструкцию super().
Фактически, конструктор подкласса должен вызывать один из конструкторов в суперклассе как самое первое действие внутри своего тела. Вот как это выглядит:
Обратите внимание на вызов super() внутри конструктора Car. Этот вызов super() выполняет конструктор в классе Vehicle.
Возможно, вы видели классы, где конструкторы подкласса, похоже, не вызывали конструкторы в суперклассе. Возможно, у суперкласса даже не было конструктора. Тем не менее, конструкторы подкласса все еще называют конструкторы суперкласса в этом случае. Вы просто не могли этого увидеть.
Если класс не имеет какого-либо явного конструктора, компилятор вставляет неявный без аргументов. Таким образом, класс всегда имеет конструктор.
Поэтому следующая версия транспортного средства эквивалентна версии, показанной чуть выше:
Если конструктор явно не вызывает конструктор в суперклассе, компилятор вставляет неявный вызов конструктора no-arg в суперклассе. Это означает, что следующая версия класса Car фактически эквивалентна версии, показанной ранее:
Фактически, поскольку конструктор теперь пуст, мы могли бы опустить его, и компилятор вставил бы его и неявный вызов конструктора no-arg в суперклассе. Вот как тогда будут выглядеть два класса:
Даже если в этих двух классах не объявлено ни одного конструктора, они оба получают конструктор без аргументов, который в классе Car будет вызывать конструктор без аргументов в классе Vehicle.
Если бы класс Vehicle не имел конструктора без аргументов, но имел другой, который принимает параметры, компилятор жаловался бы. Класс Car затем должен был бы объявить конструктор, а внутри него вызвать конструктор в классе Vehicle.
Вложенные классы
Те же правила наследования применяются к вложенным классам. Если объявлены закрытыми, не наследуются. Вложенные классы с модификатором доступа по умолчанию (пакет) доступны только для подклассов, если подкласс находится в том же пакете, что и суперкласс. С модификатором защищенного или открытого доступа всегда наследуются подклассами.
Обратите внимание, как можно создать экземпляр вложенного класса MyNestedClass, который определен в суперклассе(MyClass) посредством ссылки на подкласс(MySubclass).
Финальные классы
Класс может быть объявлен окончательным(final):
Последний класс не может быть продлен. Другими словами, вы не можете наследовать от финального класса.
Абстрактные классы
Класс может быть объявлен абстрактным, который не содержит полную реализацию того, что должен делать. Таким образом, это не может быть реализовано. Другими словами, вы не можете создавать объекты абстрактного класса.
Они предназначены для расширения / создания полной реализации. Таким образом, вполне возможно расширить абстрактный класс. Правила наследования такие же для них, как и для неабстрактных классов.