.## 1. 介绍
Java 是一种广泛使用的编程语言，涉及企业系统、Web 应用以及 Android 开发等多个领域。在众多特性中，“继承”是学习面向对象编程时最核心的概念之一。
通过继承，新的类（子类/子类）可以接管已有类（超类/父类）的功能。这有助于减少代码重复，使程序更易于扩展和维护。在 Java 中，继承是通过 extends 关键字实现的。
本文将清晰阐述 extends 关键字在 Java 中的作用、基本用法、实际应用以及常见问题。此指南不仅适用于 Java 初学者，也适合想要复习继承概念的开发者。阅读完毕后，你将全面了解继承的优缺点以及重要的设计考量。
让我们先来仔细看看 “Java 中的继承是什么？”
2. 什么是 Java 继承？
Java 继承是一种机制，允许一个类（超类/父类）将其特性和功能传递给另一个类（子类/子类）。通过继承，父类中定义的字段（变量）和方法（函数）可以在子类中复用。
这种机制使代码组织和管理更加简便，能够集中共享的处理逻辑，并灵活地扩展或修改功能。继承是面向对象编程（OOP）的三大核心支柱之一，另外两者是封装和多态。
关于 “is-a” 关系
继承的常见例子是 “is-a 关系”。例如，“狗是一种动物”。这意味着 Dog 类继承自 Animal 类。狗可以拥有动物的特征和行为，同时添加自己的独特功能。
class Animal {
void eat() {
System.out.println("食べる");
}
}
class Dog extends Animal {
void bark() {
System.out.println("ワンワン");
}
}
在此示例中，Dog 类继承自 Animal 类。Dog 的实例既可以使用 bark 方法，也可以使用继承而来的 eat 方法。
使用继承时会发生什么？
- 可以在父类中集中共享的逻辑和数据，减少在每个子类中重复编写相同代码的需求。
- 每个子类可以添加自己的独特行为或覆盖父类的方法。
使用继承有助于组织程序结构，使功能的添加和维护更加便捷。但继承并非总是最佳方案，在设计时需要仔细评估是否真正存在 “is-a” 关系。
3. extends 关键字的工作原理
Java 中的 extends 关键字显式声明类的继承关系。当子类继承父类的功能时，在类声明中使用语法 extends ParentClassName。这使子类能够直接使用父类的所有公共成员（字段和方法）。
基本语法
class ParentClass {
// Fields and methods of the parent class
}
class ChildClass extends ParentClass {
// Fields and methods unique to the child class
}
例如，使用前面的 Animal 和 Dog 类，我们可以得到：
class Animal {
void eat() {
System.out.println("食べる");
}
}
class Dog extends Animal {
void bark() {
System.out.println("ワンワン");
}
}
通过编写 Dog extends Animal，Dog 类继承自 Animal 类，从而可以使用 eat 方法。
使用父类成员
有了继承，子类的实例可以访问父类的方法和字段（只要访问修饰符允许）：
Dog dog = new Dog();
dog.eat(); // Calls the parent class method
dog.bark(); // Calls the child class method
.### 重要说明
- Java 只支持单继承，即只能从一个类继承。
extends后不能指定多个类。 - 如果想阻止继承，可以在类上使用
final修饰符。
实际开发技巧
正确使用 extends 可以将公共功能集中在父类中，并在子类中扩展或定制行为。这在不修改已有代码的前提下添加新特性时非常有用。
4. 方法重写与 super 关键字
在使用继承时，有时需要改变父类中已定义方法的行为，这称为“方法重写”。在 Java 中，重写是通过在子类中定义一个与父类方法同名、参数列表相同的方法来实现的。
方法重写
在重写方法时，通常会添加 @Override 注解。该注解帮助编译器检测意外错误，例如方法名或签名不匹配。
class Animal {
void eat() {
System.out.println("食べる");
}
}
class Dog extends Animal {
@Override
void eat() {
System.out.println("ドッグフードを食べる");
}
}
在下面的示例中，Dog 类重写了 eat 方法。当对 Dog 实例调用 eat 时，输出将是 “ドッグフードを食べる”。
Dog dog = new Dog();
dog.eat(); // Displays: ドッグフードを食べる
使用 super 关键字
如果想在重写的方法内部调用父类的原始实现，使用 super 关键字。
class Dog extends Animal {
@Override
void eat() {
super.eat(); // Calls the parent class’s eat()
System.out.println("ドッグフードも食べる");
}
}
这会先执行父类的 eat 方法，然后再添加子类的行为。
构造函数与 super
如果父类拥有带参数的构造函数，子类必须在其构造函数的第一行显式调用 super(arguments)。
class Animal {
Animal(String name) {
System.out.println("Animal: " + name);
}
}
class Dog extends Animal {
Dog(String name) {
super(name);
System.out.println("Dog: " + name);
}
}
小结
- 重写指在子类中重新定义父类的方法。
- 建议使用
@Override注解。 - 当需要复用父类的方法实现时使用
super。 - 调用父类构造函数时也需要使用
super。
5. 继承的优势与劣势
在 Java 中使用继承可以为程序设计和开发带来诸多好处，但不当使用也可能导致严重问题。下面详细说明其优势和劣势。
继承的优势
- 提升代码复用性
将共享的逻辑和数据定义在父类中，子类无需重复编写相同代码，从而降低重复度，提高可维护性和可读性。 - 更易扩展
当需要新增功能时，只需基于父类创建新的子类，而无需修改已有代码，这可以最小化变更影响并降低引入 bug 的概率。 - 实现多态
“父类变量可以引用子类实例” 的特性使得可以使用统一的接口进行灵活设计，充分利用多态行为。
继承的劣势
- 深层继承层次使设计复杂 如果继承链变得太深，很难理解行为定义的位置，从而使维护变得更困难。
- 父类中的更改会影响所有子类 修改父类行为可能会无意中在所有子类中引起问题。父类需要仔细设计和更新。
- 可能降低设计灵活性 过度使用继承会紧密耦合类，使未来的更改变得困难。在某些情况下，使用组合的“has-a”关系比“is-a”继承更灵活。
总结
继承很强大，但如果依赖它来处理一切可能会导致长期问题。始终验证是否存在真正的“is-a”关系，并仅在适当的时候应用继承。
6. 继承与接口之间的区别
Java 提供了两种重要的机制来扩展和组织功能：类继承（extends）和接口（implements）。两者都支持代码重用和灵活设计，但它们的结构和预期用法有显著差异。下面，我们解释它们的区别以及如何在它们之间选择。
extends 和 implements 之间的区别
- extends (继承)
- 只能从一个类继承（单一继承）。
- 来自父类的字段和完全实现的方法可以在子类中直接使用。
- 表示“is-a”关系（例如，Dog 是 Animal）。
- implements (接口实现)
- 可以同时实现多个接口。
- 接口只包含方法声明（尽管从 Java 8 开始存在默认方法）。
- 表示“can-do”关系（例如，Dog 可以吠叫，Dog 可以走路）。
使用接口的示例
interface Walkable {
void walk();
}
interface Barkable {
void bark();
}
class Dog implements Walkable, Barkable {
public void walk() {
System.out.println("歩く");
}
public void bark() {
System.out.println("ワンワン");
}
}
在这个示例中，Dog 类实现了两个接口 Walkable 和 Barkable，提供了类似于多继承的行为。
为什么需要接口
Java 禁止类的多重继承，因为当父类定义相同的方法或字段时可能会产生冲突。接口通过允许类采用多个“类型”而无需继承冲突的实现来解决这个问题。
如何正确使用它们
- 当类之间存在明确的“is-a”关系时，使用
extends。 - 当你想在多个类中提供共同的行为契约时，使用
implements。
示例：
- “Dog 是 Animal” →
Dog extends Animal - “Dog 可以走路并且可以吠叫” →
Dog implements Walkable, Barkable
总结
- 一个类只能从一个父类继承，但可以实现多个接口。
- 根据设计意图在继承和接口之间选择会导致干净、灵活且易维护的代码。
7. 使用继承的最佳实践
Java 中的继承很强大，但不当使用可能会使程序变得僵硬且难以维护。下面是使用继承的安全和有效的最佳实践和指南。
何时使用继承——何时避免它
- 使用继承时：
- 存在明确的“is-a”关系（例如，Dog 是 Animal）。
- 你想重用父类功能并扩展它。
- 你想消除冗余代码并集中常见逻辑。
- 避免继承时：
- 你仅为了代码重用而使用它（这往往会导致不自然的类设计）。
- “has-a”关系更合适——在这种情况下，考虑使用组合。
在继承和组合之间选择
.
- 继承（
extends）：is-a 关系 - 示例：
Dog extends Animal - 当子类真正代表父类的一种类型时使用。
- 组合（has-a 关系）
- 示例：一辆汽车拥有一个引擎
- 在内部使用另一个类的实例来添加功能。
- 更灵活，且更容易适应未来的变化。
防止误用继承的设计指南
- 不要让继承层次过深（保持在 3 层或更少）。
- 如果许多子类继承自同一个父类，请重新评估该父类的职责是否合适。
- 始终考虑父类的更改会影响所有子类的风险。
- 在使用继承之前，考虑接口和组合等替代方案。
使用 final 修饰符限制继承
- 为类添加
final可防止其被继承。 - 为方法添加
final可防止子类重写该方法。final class Utility { // This class cannot be inherited } class Base { final void show() { System.out.println("オーバーライド禁止"); } }
加强文档和注释
- 在 Javadoc 或注释中记录继承关系和类设计意图，可让后期维护更加轻松。
小结
继承很方便，但必须有意识地使用。始终问自己：“这个类真的属于它的父类吗？”如果不确定，考虑使用组合或接口作为替代方案。
8. 小结
到目前为止，我们已经详细解释了 Java 继承及 extends 关键字——从基础概念到实际使用。下面是本文涉及的关键要点回顾。
- Java 继承允许子类获取父类的数据和功能，实现高效且可复用的程序设计。
extends关键字阐明了父类与子类之间的关系（即 “is-a 关系”）。- 方法重写和
super关键字使得可以扩展或自定义继承的行为。 - 继承带来了代码复用、可扩展性和多态支持等诸多优势，但也存在层次过深或结构复杂、改动影响范围广等缺点。
- 理解继承、接口和组合之间的区别对于选择正确的设计方案至关重要。
- 避免过度使用继承；始终明确设计意图和理由。
继承是 Java 面向对象编程的核心概念之一。掌握规则和最佳实践后，你就能在实际开发中有效地运用它。
9. 常见问题解答 (FAQ)
Q1：当类在 Java 中被继承时，父类的构造函数会怎样？
A1：如果父类有无参（默认）构造函数，子类构造函数会自动调用它。如果父类只有带参构造函数，子类必须在其构造函数开头显式使用 super(arguments) 调用该构造函数。
Q2：Java 能进行多重类继承吗？
A2：不能。Java 不支持多重类继承。一个类只能使用 extends 关键字继承单个父类。但一个类可以使用 implements 实现多个接口。
Q3：继承和组合有什么区别？
A3：继承表示 “is-a 关系”，子类复用父类的功能和数据。组合表示 “has-a 关系”，类内部包含另一个类的实例。组合通常更灵活，在需要松耦合或未来可扩展性的场景中更为可取。
Chinese translation.Q4: final 修饰符是否限制继承和重写？
A4: 是的。如果一个类被标记为 final，则不能被继承。如果一个方法被标记为 final，则子类中不能对其进行重写。这对于确保行为一致性或出于安全目的非常有用。
Q5: 如果父类和子类定义了同名的字段或方法，会发生什么？
A5: 如果两个类中都定义了同名字段，子类中的字段会隐藏父类中的字段（即产生遮蔽）。方法的行为则不同：如果签名匹配，子类的方法会覆盖父类的方法。需要注意的是，字段不能被重写——只能被隐藏。
Q6: 当继承层次过深会怎样？
A6: 深层的继承层次会使代码更难理解和维护。追踪逻辑所在位置会变得困难。为了保持可维护的设计，尽量保持继承深度浅，并让角色划分明确。
Q7: 重写（overriding）和重载（overloading）有什么区别？
A7: 重写是在子类中重新定义父类的一个方法。重载是在同一个类中定义多个同名方法，但它们的参数类型或数量不同。
Q8: 抽象类和接口应如何区别使用？
A8: 当你想在相关类之间提供共享实现或字段时，使用抽象类。接口用于定义行为契约，供多个类实现。当需要共享代码时使用抽象类，而在表示多种类型或需要多个“能力”时使用接口。
