Inheritance
In the preceding lessons, you have seen inheritance mentioned several times. In the Java language, classes can be derived from other classes, thereby inheriting fields and methods from those classes.
Definitions: A class that is derived from another class is called a subclass (also a derived class, extended class, or child class). The class from which the subclass is derived is called a superclass (also a base class or a parent class).
Excepting Object , which has no superclass, every class has one and only one direct superclass (single inheritance). In the absence of any other explicit superclass, every class is implicitly a subclass of Object .
Classes can be derived from classes that are derived from classes that are derived from classes, and so on, and ultimately derived from the topmost class, Object . Such a class is said to be descended from all the classes in the inheritance chain stretching back to Object .
The idea of inheritance is simple but powerful: When you want to create a new class and there is already a class that includes some of the code that you want, you can derive your new class from the existing class. In doing this, you can reuse the fields and methods of the existing class without having to write (and debug!) them yourself.
A subclass inherits all the members (fields, methods, and nested classes) from its superclass. Constructors are not members, so they are not inherited by subclasses, but the constructor of the superclass can be invoked from the subclass.
The Java Platform Class Hierarchy
The Object class, defined in the java.lang package, defines and implements behavior common to all classesincluding the ones that you write. In the Java platform, many classes derive directly from Object , other classes derive from some of those classes, and so on, forming a hierarchy of classes.
All Classes in the Java Platform are Descendants of Object
At the top of the hierarchy, Object is the most general of all classes. Classes near the bottom of the hierarchy provide more specialized behavior.
An Example of Inheritance
Here is the sample code for a possible implementation of a Bicycle class that was presented in the Classes and Objects lesson:
public class Bicycle < // the Bicycle class has three fields public int cadence; public int gear; public int speed; // the Bicycle class has one constructor public Bicycle(int startCadence, int startSpeed, int startGear) < gear = startGear; cadence = startCadence; speed = startSpeed; >// the Bicycle class has four methods public void setCadence(int newValue) < cadence = newValue; >public void setGear(int newValue) < gear = newValue; >public void applyBrake(int decrement) < speed -= decrement; >public void speedUp(int increment) < speed += increment; >>
A class declaration for a MountainBike class that is a subclass of Bicycle might look like this:
public class MountainBike extends Bicycle < // the MountainBike subclass adds one field public int seatHeight; // the MountainBike subclass has one constructor public MountainBike(int startHeight, int startCadence, int startSpeed, int startGear) < super(startCadence, startSpeed, startGear); seatHeight = startHeight; >// the MountainBike subclass adds one method public void setHeight(int newValue) < seatHeight = newValue; >>
MountainBike inherits all the fields and methods of Bicycle and adds the field seatHeight and a method to set it. Except for the constructor, it is as if you had written a new MountainBike class entirely from scratch, with four fields and five methods. However, you didn’t have to do all the work. This would be especially valuable if the methods in the Bicycle class were complex and had taken substantial time to debug.
What You Can Do in a Subclass
A subclass inherits all of the public and protected members of its parent, no matter what package the subclass is in. If the subclass is in the same package as its parent, it also inherits the package-private members of the parent. You can use the inherited members as is, replace them, hide them, or supplement them with new members:
- The inherited fields can be used directly, just like any other fields.
- You can declare a field in the subclass with the same name as the one in the superclass, thus hiding it (not recommended).
- You can declare new fields in the subclass that are not in the superclass.
- The inherited methods can be used directly as they are.
- You can write a new instance method in the subclass that has the same signature as the one in the superclass, thus overriding it.
- You can write a new static method in the subclass that has the same signature as the one in the superclass, thus hiding it.
- You can declare new methods in the subclass that are not in the superclass.
- You can write a subclass constructor that invokes the constructor of the superclass, either implicitly or by using the keyword super .
The following sections in this lesson will expand on these topics.
Private Members in a Superclass
A subclass does not inherit the private members of its parent class. However, if the superclass has public or protected methods for accessing its private fields, these can also be used by the subclass.
A nested class has access to all the private members of its enclosing classboth fields and methods. Therefore, a public or protected nested class inherited by a subclass has indirect access to all of the private members of the superclass.
Casting Objects
We have seen that an object is of the data type of the class from which it was instantiated. For example, if we write
public MountainBike myBike = new MountainBike();
then myBike is of type MountainBike .
MountainBike is descended from Bicycle and Object . Therefore, a MountainBike is a Bicycle and is also an Object , and it can be used wherever Bicycle or Object objects are called for.
The reverse is not necessarily true: a Bicycle may be a MountainBike , but it isn’t necessarily. Similarly, an Object may be a Bicycle or a MountainBike , but it isn’t necessarily.
Casting shows the use of an object of one type in place of another type, among the objects permitted by inheritance and implementations. For example, if we write
Object obj = new MountainBike();
then obj is both an Object and a MountainBike (until such time as obj is assigned another object that is not a MountainBike ). This is called implicit casting.
If, on the other hand, we write
we would get a compile-time error because obj is not known to the compiler to be a MountainBike . However, we can tell the compiler that we promise to assign a MountainBike to obj by explicit casting:
MountainBike myBike = (MountainBike)obj;
This cast inserts a runtime check that obj is assigned a MountainBike so that the compiler can safely assume that obj is a MountainBike . If obj is not a MountainBike at runtime, an exception will be thrown.
Note: You can make a logical test as to the type of a particular object using the instanceof operator. This can save you from a runtime error owing to an improper cast. For example:
if (obj instanceof MountainBike)
Here the instanceof operator verifies that obj refers to a MountainBike so that we can make the cast with knowledge that there will be no runtime exception thrown.
Previous page: Questions and Exercises: Interfaces
Next page: Multiple Inheritance of State, Implementation, and Type
Наследование классов super java
Одним из ключевых аспектов объектно-ориентированного программирования является наследование. С помощью наследования можно расширить функционал уже имеющихся классов за счет добавления нового функционала или изменения старого. Например, имеется следующий класс Person, описывающий отдельного человека:
class Person < String name; public String getName()< return name; >public Person(String name) < this.name=name; >public void display() < System.out.println("Name: " + name); >> И, возможно, впоследствии мы захотим добавить еще один класс, который описывает сотрудника предприятия — класс Employee. Так как этот класс реализует тот же функционал, что и класс Person, поскольку сотрудник — это также и человек, то было бы рационально сделать класс Employee производным (наследником, подклассом) от класса Person, который, в свою очередь, называется базовым классом, родителем или суперклассом:
class Employee extends Person < public Employee(String name)< super(name); // если базовый класс определяет конструктор // то производный класс должен его вызвать >>
Чтобы объявить один класс наследником от другого, надо использовать после имени класса-наследника ключевое слово extends , после которого идет имя базового класса. Для класса Employee базовым является Person, и поэтому класс Employee наследует все те же поля и методы, которые есть в классе Person.
Если в базовом классе определены конструкторы, то в конструкторе производного классы необходимо вызвать один из конструкторов базового класса с помощью ключевого слова super . Например, класс Person имеет конструктор, который принимает один параметр. Поэтому в классе Employee в конструкторе нужно вызвать конструктор класса Person. То есть вызов super(name) будет представлять вызов конструктора класса Person.
При вызове конструктора после слова super в скобках идет перечисление передаваемых аргументов. При этом вызов конструктора базового класса должен идти в самом начале в конструкторе производного класса. Таким образом, установка имени сотрудника делегируется конструктору базового класса.
Причем даже если производный класс никакой другой работы не производит в конструкторе, как в примере выше, все равно необходимо вызвать конструктор базового класса.
public class Program < public static void main(String[] args) < Person tom = new Person("Tom"); tom.display(); Employee sam = new Employee("Sam"); sam.display(); >> class Person < String name; public String getName()< return name; >public Person(String name) < this.name=name; >public void display() < System.out.println("Name: " + name); >> class Employee extends Person < public Employee(String name)< super(name); // если базовый класс определяет конструктор // то производный класс должен его вызвать >> Производный класс имеет доступ ко всем методам и полям базового класса (даже если базовый класс находится в другом пакете) кроме тех, которые определены с модификатором private . При этом производный класс также может добавлять свои поля и методы:
public class Program < public static void main(String[] args) < Employee sam = new Employee("Sam", "Microsoft"); sam.display(); // Sam sam.work(); // Sam works in Microsoft >> class Person < String name; public String getName()< return name; >public Person(String name) < this.name=name; >public void display() < System.out.println("Name: " + name); >> class Employee extends Person < String company; public Employee(String name, String company) < super(name); this.company=company; >public void work() < System.out.printf("%s works in %s \n", getName(), company); >> В данном случае класс Employee добавляет поле company, которое хранит место работы сотрудника, а также метод work.
Переопределение методов
Производный класс может определять свои методы, а может переопределять методы, которые унаследованы от базового класса. Например, переопределим в классе Employee метод display:
public class Program < public static void main(String[] args) < Employee sam = new Employee("Sam", "Microsoft"); sam.display(); // Sam // Works in Microsoft >> class Person < String name; public String getName()< return name; >public Person(String name) < this.name=name; >public void display() < System.out.println("Name: " + name); >> class Employee extends Person < String company; public Employee(String name, String company) < super(name); this.company=company; >@Override public void display() < System.out.printf("Name: %s \n", getName()); System.out.printf("Works in %s \n", company); >> Перед переопределяемым методом указывается аннотация @Override . Данная аннотация в принципе необязательна.
При переопределении метода он должен иметь уровень доступа не меньше, чем уровень доступа в базовом класса. Например, если в базовом классе метод имеет модификатор public, то и в производном классе метод должен иметь модификатор public.
Однако в данном случае мы видим, что часть метода display в Employee повторяет действия из метода display базового класса. Поэтому мы можем сократить класс Employee:
class Employee extends Person < String company; public Employee(String name, String company) < super(name); this.company=company; >@Override public void display() < super.display(); System.out.printf("Works in %s \n", company); >> С помощью ключевого слова super мы также можем обратиться к реализации методов базового класса.
Запрет наследования
Хотя наследование очень интересный и эффективный механизм, но в некоторых ситуациях его применение может быть нежелательным. И в этом случае можно запретить наследование с помощью ключевого слова final . Например:
public final class Person
Если бы класс Person был бы определен таким образом, то следующий код был бы ошибочным и не сработал, так как мы тем самым запретили наследование:
class Employee extends Person
Кроме запрета наследования можно также запретить переопределение отдельных методов. Например, в примере выше переопределен метод display() , запретим его переопределение:
В этом случае класс Employee не сможет переопределить метод display.
Динамическая диспетчеризация методов
Наследование и возможность переопределения методов открывают нам большие возможности. Прежде всего мы можем передать переменной суперкласса ссылку на объект подкласса:
Person sam = new Employee("Sam", "Oracle"); Так как Employee наследуется от Person, то объект Employee является в то же время и объектом Person. Грубо говоря, любой работник предприятия одновременно является человеком.
Однако несмотря на то, что переменная представляет объект Person, виртуальная машина видит, что в реальности она указывает на объект Employee. Поэтому при вызове методов у этого объекта будет вызываться та версия метода, которая определена в классе Employee, а не в Person. Например:
public class Program < public static void main(String[] args) < Person tom = new Person("Tom"); tom.display(); Person sam = new Employee("Sam", "Oracle"); sam.display(); >> class Person < String name; public String getName() < return name; >public Person(String name) < this.name=name; >public void display() < System.out.printf("Person %s \n", name); >> class Employee extends Person < String company; public Employee(String name, String company) < super(name); this.company = company; >@Override public void display() < System.out.printf("Employee %s works in %s \n", super.getName(), company); >> Консольный вывод данной программы:
Person Tom Employee Sam works in Oracle
При вызове переопределенного метода виртуальная машина динамически находит и вызывает именно ту версию метода, которая определена в подклассе. Данный процесс еще называется dynamic method lookup или динамический поиск метода или динамическая диспетчеризация методов.