第十三天：繼承 - 面向對象的核心概念

歡迎來到第十三天的學習！今天，我們將深入探討 Java 中的 繼承（Inheritance），這是面向對象編程的四大基本特性之一。繼承是指一個類（子類）通過繼承另一個類（父類）的屬性和方法，從而具備父類的功能，同時可以在子類中擴展新的功能。繼承是代碼復用的核心機制之一，它有助于提高代碼的可維護性和可擴展性。

1. 什么是繼承？

繼承是面向對象編程中的一種機制，它允許我們創建一個新類（子類），這個新類可以繼承一個已有類（父類）的一些特性（字段）和行為（方法）。通過繼承，子類可以復用父類的代碼，同時還可以根據需要擴展或重寫父類的方法。

繼承的基本原則：

• 子類繼承父類：子類繼承了父類的屬性和方法，并且可以在子類中新增屬性和方法。
• 方法重寫（Overriding）：子類可以重新定義父類的某些方法。
• 單繼承：Java 中的類是單繼承的，也就是說，每個類只能有一個直接父類。

2. 繼承的好處

繼承有以下幾個重要的好處：

• 代碼復用：繼承讓我們能夠復用父類的代碼，避免了重復編寫相同的代碼。
• 增強可維護性：由于子類共享父類的代碼，如果父類發生了變化，只需要修改父類代碼，子類無需改變，從而提高了代碼的可維護性。
• 擴展性：通過繼承，我們可以在子類中擴展新的功能，或者重寫父類的方法，實現特定需求。

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3. 如何實現繼承？

在 Java 中，繼承的實現通過使用 extends 關鍵字。子類通過 extends 關鍵字繼承父類的屬性和方法。

基本語法：

public class 子類 extends 父類 {// 子類特有的屬性和方法
}

步驟 1：定義父類

首先定義一個父類，包含一些屬性和方法。

步驟 2：定義子類

子類通過 extends 關鍵字繼承父類的屬性和方法。子類可以使用父類的屬性和方法，也可以添加自己獨特的屬性和方法。

步驟 3：使用父類的構造方法

父類的構造方法可以通過 super() 來調用，子類構造方法可以通過 super 關鍵字來調用父類的構造器，確保父類的初始化過程。

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4. 繼承的示例

示例 1：動物類與狗類

在這個例子中，我們有一個 動物類（Animal），它包含基本的屬性和行為，然后我們通過繼承創建一個 狗類（Dog），它繼承了動物類的屬性，并擴展了自己特有的方法。

// 父類：Animal
public class Animal {private String name;// 父類構造方法public Animal(String name) {this.name = name;}// 父類方法public void speak() {System.out.println("Animal makes a sound");}public String getName() {return name;}
}// 子類：Dog
public class Dog extends Animal {// 子類構造方法public Dog(String name) {super(name); // 調用父類的構造方法}// 子類重寫父類方法@Overridepublic void speak() {System.out.println(getName() + " barks");}public static void main(String[] args) {// 創建子類對象Dog dog = new Dog("Buddy");dog.speak();  // 輸出：Buddy barks}
}

輸出：

Buddy barks

分析：

• Dog 繼承了 Animal 類，獲得了父類的 name 屬性和 speak() 方法。
• Dog 重寫了父類的 speak() 方法，使其表現為 “bark”（叫聲）。
• 子類 Dog 使用 super(name) 調用了父類的構造方法來初始化 name 屬性。

示例 2：形狀類與圓形類

我們再來看一個簡單的圖形類的例子。假設我們有一個 Shape 類作為父類，代表一個普通的形狀。然后我們可以創建一個 Circle 類繼承 Shape，表示圓形。

// 父類：Shape
public class Shape {private String color;public Shape(String color) {this.color = color;}public void draw() {System.out.println("Drawing a shape");}public String getColor() {return color;}
}// 子類：Circle
public class Circle extends Shape {private double radius;// 子類構造方法public Circle(String color, double radius) {super(color);  // 調用父類的構造方法this.radius = radius;}// 子類方法public void draw() {System.out.println("Drawing a circle with radius " + radius);}public static void main(String[] args) {// 創建子類對象Circle circle = new Circle("Red", 5.0);circle.draw();  // 輸出：Drawing a circle with radius 5.0}
}

輸出：

Drawing a circle with radius 5.0

分析：

• Circle 類繼承了 Shape 類，繼承了 color 屬性和 draw() 方法。
• Circle 類通過 super(color) 調用了父類的構造方法。
• Circle 類重寫了 draw() 方法，以實現繪制圓形的特定行為。

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5. 方法重寫（Method Overriding）

在繼承中，子類可以重寫（Override）父類的方法。這是一個非常重要的概念，它允許子類在繼承父類的基礎上修改方法的實現，使其行為符合子類的需求。

重寫的規則：

• 子類的方法必須與父類的方法具有相同的名稱、返回類型和參數列表。
• 子類的方法可以有不同的實現。
• 子類的方法不能減少父類方法的訪問權限（即如果父類方法是 public，子類不能將其變為 private）。

重寫示例：

class Animal {public void sound() {System.out.println("Some generic animal sound");}
}class Dog extends Animal {@Overridepublic void sound() {System.out.println("Bark");}
}public class Test {public static void main(String[] args) {Animal animal = new Animal();Dog dog = new Dog();animal.sound();  // 輸出：Some generic animal sounddog.sound();     // 輸出：Bark}
}

輸出：

Some generic animal sound
Bark

分析：

• Dog 類重寫了 sound() 方法，定義了自己特有的行為。
• 當調用 dog.sound() 時，輸出了 Bark，而不是父類的通用行為。

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6. 繼承的常見誤區

誤區 1：在子類中隨意改變父類的方法實現

繼承的目的并不是為了隨意修改父類的實現，而是讓子類通過重寫父類的方法來增強或改變功能。

誤區 2：繼承層級過深

繼承層級過深會導致代碼難以維護和理解。盡量避免過度繼承，使用組合（composition）來代替繼承，減少類的層次結構。

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7. 總結

今天我們學習了 繼承（Inheritance），它是面向對象編程中最基礎也是最重要的特性之一。通過繼承，子類可以復用父類的代碼，擴展父類的功能，并在需要時重寫父類的方法。繼承幫助我們減少代碼的重復，提高代碼的可維護性和可擴展性。

繼承是構建 Java 程序的重要工具，但在使用時要注意避免過度繼承，并合理設計類的層次結構。

明天我們將繼續學習 面向對象編程的其他特性——多態（Polymorphism）。敬請期待！