【面試題】Java三大特性封裝繼承多型總結
本文內容總結於多篇部落格，參考到的地方在文中都會一一列出
http://www.cnblogs.com/ibalintha/p/3897821.html
1.封裝
封裝的定義：
- 首先是抽象，把事物抽象成一個類，其次才是封裝，將事物擁有的屬性和動作隱藏起來，只保留特定的方法與外界聯絡
為什麼需要封裝：
- 封裝符合面向物件設計原則的第一條：單一性原則，一個類把自己該做的事情封裝起來，而不是暴露給其他類去處理，當內部的邏輯發生變化時，外部呼叫不用因此而修改，他們只調用開放的介面，而不用去關心內部的實現
舉例：
public class Human { private int age; private String name; public int getAge() { return age; } public void setAge( int age ) throws Exception { //封裝age的檢驗邏輯，而不是暴露給每個呼叫者去處理 if( age > 120 ) { throw new Exception( "Invalid value of age" ); } this.age = age; } public String getName() { return name; } public void setName( String name ) { this.name = name; } }
2. 繼承
Java的類可以分為三類：
- 類：使用class定義，沒有抽象方法
- 抽象類：使用abstract class定義，可以有也可以沒有抽象方法
- 介面：使用inerface定義，只能有抽象方法
在這三個型別之間存在如下關係：
- 類可以extends：類、抽象類（必須實現所有抽象方法），但只能extends一個，可以implements多個介面（必須實現所有介面方法）
- 抽象類可以extends：類，抽象類（可全部、部分、或者完全不實現父類抽象方法），可以implements多個介面（可全部、部分、或者完全不實現介面方法）
- 介面能extends多個介面（//這裡原博主中有錯誤，已經修正）
繼承以後子類可以得到什麼：
- 子類擁有父類非private的屬性和方法（//這裡其實我是持懷疑態度，之前聽到過一種說法，子類繼承了父類所有的成員，也包括private修飾的，只是 不能夠呼叫罷了，如果有人知道，歡迎留言討論）
- 子類可以新增自己的方法和屬性，即對父類進行擴充套件
- 子類可以重新定義父類的方法，即多型裡面的覆蓋，後面會詳述
關於建構函式：
- 建構函式不能被繼承，子類可以通過super()顯示呼叫父類的建構函式
- 建立子類時，編譯器會自動呼叫父類的 無參建構函式
- 如果父類沒有定義無參建構函式，子類必須在建構函式的第一行程式碼使用super()顯示呼叫
類預設擁有無參建構函式，如果定義了其他有參建構函式，則無參函式失效，所以父類沒有定義無參建構函式，不是指父類沒有寫無參建構函式。看下面的例子，父類為Human，子類為Programmer。
public class Human
{
//定義了有參建構函式，預設無參建構函式失效
public Human(String name)
{
}
}public class Programmer
extends Human
{
public Programmer()
{
//如不顯示呼叫，編譯器會出現如下錯誤
//Implicit super constructor Human() is undefined. Must explicitly invoke another constructor
super( "x" );
}
}
為什麼需要繼承：
- 程式碼重用是一點，最重要的還是所謂想上轉型，即父類的引用變數可以指向子類物件，這是Java面向物件最重要特性多型的基礎
3. 多型
在瞭解多型之前，首先需要知道方法的唯一性標識即什麼是相同/不同的方法：
- 一個方法可以由：修飾符如public、static+返回值+方法名+引數+throw的異常 5部分構成
- 其中只有方法名和引數是唯一性標識，意即只要方法名和引數相同那他們就是相同的方法
- 所謂引數相同，是指引數的個數，型別，順序一致，其中任何一項不同都是不同的方法
何謂過載：
- 過載是指一個類裡面（包括父類的方法）存在方法名相同，但是引數不一樣的方法，引數不一樣可以是不同的引數個數、型別或順序
- 如果僅僅是修飾符、返回值、throw的異常 不同，那這是2個相同的方法，編譯都通不過，更不要說過載了
//過載的例子
public class Programmer
extends Human
{
public void coding() throws Exception
{
}
public void coding( String langType )
{
}
public String coding( String langType, String project )
{
return "";
}
}//這不是過載，而是三個相同的方法，編譯報錯
public class Programmer
extends Human
{
public void coding() throws Exception
{
}
public void coding()
{
}
public String coding()
{
return "";
}
}
何謂覆蓋/重寫：
- 覆蓋描述存在繼承關係時子類的一種行為
- 子類中存在和父類相同的方法即為覆蓋，何謂相同方法請牢記前面的描述，方法名和引數相同，包括引數個數、型別、順序
public class Human
{
public void coding( String langType )
{
}
}public class Programmer
extends Human
{
//此方法為覆蓋/重寫
public void coding( String langType )
{
}
//此方法為上面方法的過載
public void coding( String langType, String project )
{
}
}
覆蓋/重寫的規則：（兩同兩小一大原則）
- 子類不能覆蓋父類private的方法，private對子類不可見，如果子類定義了一個和父類private方法相同的方法，實為新增方法
- 重寫方法的修飾符一定要大於被重寫方法的修飾符(public > protected > default > private)
- 重寫丟擲的異常需與父類相同或是父類異常的子類，或者重寫方法乾脆不寫throws
- 重寫方法的返回值必須與被重寫方法一致，否則編譯報錯
- 靜態方法不能被重寫為非靜態方法，否則編譯出錯
理解了上述知識點，是時候定義多型了：
- 多型可以說是“一個介面，多種實現”或者說是父類的引用變數可以指向子類的例項，被引用物件的型別決定呼叫誰的方法，但這個方法必須在父類中定義
- 多型可以分為兩種型別：編譯時多型（方法的過載）和執行時多型（繼承時方法的重寫），編譯時多型很好理解，後述內容針對執行時多型
- 執行時多型依賴於繼承、重寫和向上轉型
上例子：
class Human
{
public void showName()
{
System.out.println( "I am Human" );
}
}
//繼承關係
class Doctor
extends Human
{
//方法重寫
public void showName()
{
System.out.println( "I am Doctor" );
}
}
class Programmer
extends Human
{
public void showName()
{
System.out.println( "I am Programmer" );
}
}
public class Test
{
//向上轉型
public Human humanFactory( String humanType )
{
if( "doctor".equals( humanType ) )
{
return new Doctor();
}
if( "programmer".equals( humanType ) )
{
return new Programmer();
}
return new Human();
}
public static void main( String args[] )
{
Test test = new Test();
Human human = test.humanFactory( "doctor" );
human.showName();//Output:I am Doctor
human = test.humanFactory( "programmer" );
human.showName();//Output:I am Programmer
//一個介面的方法，表現出不同的形態，意即為多型也
}
}向上轉型的缺憾：
- 只能呼叫父類中定義的屬性和方法，對於子類中的方法和屬性它就望塵莫及了，必須強轉成子類型別
總結概括：
- 當超類物件引用變數引用子類物件時，被引用物件的型別而不是引用變數的型別決定了呼叫誰的成員方法，但是這個被呼叫的方法必須是在超類中定義過的，也就是說被子類覆蓋的方法，但是它仍然要根據繼承鏈中方法呼叫的優先順序來確認方法，該優先順序為：this.show(O)、super.show(O)、this.show((super)O)、super.show((super)O)
稍微複雜的例子：
class Human {
public void fun1() {
System.out.println("Human fun1");
fun2();
}
public void fun2() {
System.out.println("Human fun2");
}
}
class Programmer extends Human {
public void fun1(String name) {
System.out.println("Programmer's fun1");
}
public void fun2() {
System.out.println("Programmer's fun2");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Human human = new Programmer();
human.fun1();
}
/*
* Output:
* Human fun1
* Programmer's fun2
*/
}- Programmer中的fun1(String name) 和Human中的fun1()，只是方法名相同但引數不一樣，所以是過載關係
- Programmer中的fun2()和Human中的fun2()是相同的方法，即Programmer重寫了Human的fun2()方法
- 把Programmer的物件向上轉型賦值個Human後，human.fun1()會呼叫父類中的fun1()方法，子類的fun1(String name)是不同的方法
- 在human的fun1()中又呼叫了fun2()方法，該方法在Programmer中被重寫，實際呼叫的是被引用變數Programmer中的fun2()方法
package test;
class A {
public void func() {
System.out.println("func in A");
}
}
class B extends A {
public void func() {
System.out.println("func in B");
}
}
class C extends B {
public void func() {
System.out.println("func in B");
}
}
public class Bar {
public void test(A a) {
a.func();
System.out.println("test A in Bar");
}
public void test(C c) {
c.func();
System.out.println("test C in Bar");
}
public static void main(String[] args) {
Bar bar = new Bar();
A a = new A();
B b = new B();
C c = new C();
bar.test(a);
bar.test(b);
bar.test(c);
/*
func in A
test A in Bar
func in B
test A in Bar
func in B
test C in Bar
*/
}
}最近看騰訊的一道多型面試題：（轉載自：http://blog.csdn.net/qq_27258799）
public class A {
public int a = 0;
public void fun(){
System.out.println("-----A-----");
}
}
public class B extends A{
public int a = 1;
public void fun(){
System.out.println("-----B-----");
}
public static void main(String[] args){
A classA = new B();
System.out.println(classA.a);
classA.fun();
}
}答案是：
0
-----B-----
解析：
java中變數不能重寫，可以按如下口訣記憶：
變數多型看左邊，
方法多型看右邊，
靜態多型看左邊。
這裡補充一下介面和抽象類的相關知識：（部分把內容轉載自：http://www.importnew.com/18780.html）
一.抽象類
在瞭解抽象類之前，先來了解一下抽象方法。抽象方法是一種特殊的方法：它只有宣告，而沒有具體的實現。抽象方法的宣告格式為：
abstract void fun();
下面要注意一個問題：在《Java程式設計思想》一書中，將抽象類定義為“包含抽象方法的類”，但是後面發現如果一個類不包含抽象方法，只是用abstract修飾的話也是抽象類。也就是說抽象類不一定必須含有抽象方法。個人覺得這個屬於鑽牛角尖的問題吧，因為如果一個抽象類不包含任何抽象方法，為何還要設計為抽象類？所以暫且記住這個概念吧，不必去深究為什麼。抽象方法必須用abstract關鍵字進行修飾。如果一個類含有抽象方法，則稱這個類為抽象類，抽象類必須在類前用abstract關鍵字修飾。因為抽象類中含有無具體實現的方法，所以不能用抽象類建立物件。
[public] abstract class ClassName {
abstract void fun();
}
包含抽象方法的類稱為抽象類，但並不意味著抽象類中只能有抽象方法，它和普通類一樣，同樣可以擁有成員變數和普通的成員方法。注意，抽象類和普通類的主要有三點區別：從這裡可以看出，抽象類就是為了繼承而存在的，如果你定義了一個抽象類，卻不去繼承它，那麼等於白白建立了這個抽象類，因為你不能用它來做任何事情。對於一個父類，如果它的某個方法在父類中實現出來沒有任何意義，必須根據子類的實際需求來進行不同的實現，那麼就可以將這個方法宣告為abstract方法，此時這個類也就成為abstract類了。
1）抽象方法必須為public或者protected（因為如果為private，則不能被子類繼承，子類便無法實現該方法），預設情況下預設為public。
2）抽象類不能用來建立物件；
3）如果一個類繼承於一個抽象類，則子類必須實現父類的抽象方法。如果子類沒有實現父類的抽象方法，則必須將子類也定義為為abstract類。
在其他方面，抽象類和普通的類並沒有區別。
二.介面
介面，英文稱作interface，在軟體工程中，介面泛指供別人呼叫的方法或者函式。從這裡，我們可以體會到Java語言設計者的初衷，它是對行為的抽象。在Java中，定一個介面的形式如下：
[修飾符] interface 介面名 [extends 父介面名列表]{
[public] [static] [final] 常量;
[public] [abstract] 方法;
}注意：“[ ]”中的內容是可選的。但是在編譯之後，會自動為常量加上public static final，同理會為方法自動加上public abstract
介面中可以含有 變數和方法。但是要注意，介面中的變數會被隱式地指定為public static final變數（並且只能是public static final變數，用private修飾會報編譯錯誤），而方法會被隱式地指定為public abstract方法且只能是public abstract方法（用其他關鍵字，比如private、protected、static、 final等修飾會報編譯錯誤），並且介面中所有的方法不能有具體的實現，也就是說，介面中的方法必須都是抽象方法。從這裡可以隱約看出介面和抽象類的區別，介面是一種極度抽象的型別，它比抽象類更加“抽象”，並且一般情況下不在介面中定義變數。
要讓一個類遵循某組特地的介面需要使用implements關鍵字，具體格式如下：
class ClassName implements Interface1,Interface2,[....]{
}
三.抽象類和介面的區別可以看出，允許一個類遵循多個特定的介面。如果一個非抽象類遵循了某個介面，就必須實現該介面中的所有方法。對於遵循某個介面的抽象類，可以不實現該介面中的抽象方法。
1.語法層面上的區別
1）抽象類可以提供成員方法的實現細節，而介面中只能存在public abstract 方法；
2）抽象類中的成員變數可以是各種型別的，而介面中的成員變數只能是public static final型別的；
3）介面中不能含有靜態程式碼塊以及靜態方法，而抽象類可以有靜態程式碼塊和靜態方法；
4）一個類只能繼承一個抽象類，而一個類卻可以實現多個介面。
2.設計層面上的區別
1）抽象類是對一種事物的抽象，即對類抽象，而介面是對行為的抽象。抽象類是對整個類整體進行抽象，包括屬性、行為，但是介面卻是對類區域性（行為）進行抽象。舉個簡單的例子，飛機和鳥是不同類的事物，但是它們都有一個共性，就是都會飛。那麼在設計的時候，可以將飛機設計為一個類Airplane，將鳥設計為一個類Bird，但是不能將 飛行 這個特性也設計為類，因此它只是一個行為特性，並不是對一類事物的抽象描述。此時可以將 飛行 設計為一個介面Fly，包含方法fly( )，然後Airplane和Bird分別根據自己的需要實現Fly這個介面。然後至於有不同種類的飛機，比如戰鬥機、民用飛機等直接繼承Airplane即可，對於鳥也是類似的，不同種類的鳥直接繼承Bird類即可。從這裡可以看出，繼承是一個 “是不是”的關係，而 介面 實現則是 “有沒有”的關係。如果一個類繼承了某個抽象類，則子類必定是抽象類的種類，而介面實現則是有沒有、具備不具備的關係，比如鳥是否能飛（或者是否具備飛行這個特點），能飛行則可以實現這個介面，不能飛行就不實現這個介面。
2）設計層面不同，抽象類作為很多子類的父類，它是一種模板式設計。而介面是一種行為規範，它是一種輻射式設計。什麼是模板式設計？最簡單例子，大家都用過ppt裡面的模板，如果用模板A設計了ppt B和ppt C，ppt B和ppt C公共的部分就是模板A了，如果它們的公共部分需要改動，則只需要改動模板A就可以了，不需要重新對ppt B和ppt C進行改動。而輻射式設計，比如某個電梯都裝了某種報警器，一旦要更新報警器，就必須全部更新。也就是說對於抽象類，如果需要新增新的方法，可以直接在抽象類中新增具體的實現，子類可以不進行變更；而對於介面則不行，如果介面進行了變更，則所有實現這個介面的類都必須進行相應的改動。
下面看一個網上流傳最廣泛的例子：門和警報的例子：門都有open( )和close( )兩個動作，此時我們可以定義通過抽象類和介面來定義這個抽象概念：
abstract class Door {
public abstract void open();
public abstract void close();
}或者：
interface Door {
public abstract void open();
public abstract void close();
}
但是現在如果我們需要門具有報警alarm( )的功能，那麼該如何實現？下面提供兩種思路：
1）將這三個功能都放在抽象類裡面，但是這樣一來所有繼承於這個抽象類的子類都具備了報警功能，但是有的門並不一定具備報警功能；
2）將這三個功能都放在接口裡面，需要用到報警功能的類就需要實現這個介面中的open( )和close( )，也許這個類根本就不具備open( )和close( )這兩個功能，比如火災報警器。
從這裡可以看出， Door的open() 、close()和alarm()根本就屬於兩個不同範疇內的行為，open()和close()屬於門本身固有的行為特性，而alarm()屬於延伸的附加行為。因此最好的解決辦法是單獨將報警設計為一個介面，包含alarm()行為,Door設計為單獨的一個抽象類，包含open和close兩種行為。再設計一個報警門繼承Door類和實現Alarm介面。
interface Alram {
void alarm();
}
abstract class Door {
void open();
void close();
}
class AlarmDoor extends Door implements Alarm {
void oepn() {
//....
}
void close() {
//....
}
void alarm() {
//....
}
}