Java基础(八)：封装、继承、多态与关键字this、super详解

Java基础系列文章

Java基础(一)：初识Java——发展历程、技术体系与JDK环境搭建

Java基础(二)：八种基本数据类型详解

Java基础(三)：逻辑运算符详解

Java基础(四)：位运算符详解

Java基础(五)：流程控制全解析——分支（if/switch）和循环（for/while）的深度指南

Java基础(六)：数组全面解析

Java基础(七)： 面向过程与面向对象、类与对象、成员变量与局部变量、值传递与引用传递、方法重载与方法重写

Java基础(八)：封装、继承、多态与关键字this、super详解

一、封装

• 本质理解：将数据属性和操作该数据的方法（行为）捆绑在类中，通过访问控制修饰符限制外部对其内部细节的直接访问
• 核心目的：
  1. 保护内部数据的完整性：防止外部代码随意修改导致状态不一致
  2. 隐藏实现细节：对外只暴露必要的接口，降低模块间的耦合度
  3. 简化使用复杂度：使用者只需关注接口，不必了解内部复杂逻辑
• 通俗的讲，把该隐藏的隐藏起来，该暴露的暴露出来。这就是封装性的设计思想

访问控制修饰符的应用技巧

修饰符	本类	同包类	子类（不同包）	其他包非子类	常用场景
private	✅	❌	❌	❌	字段隐藏，内部方法封装
default	✅	✅	❌	❌	包级私有工具类与实现
protected	✅	✅	✅	❌	子类需访问的父类属性和方法
public	✅	✅	✅	✅	对外接口、常量的暴露

示例：封装的典型应用

public class Person {// 私有属性（隐藏内部实现）private String name;private int age;// Getter/Setter方法（暴露受控接口）public String getName() {return name;}public void setName(String name) {if (name == null || name.trim().isEmpty()) { // 校验逻辑throw new IllegalArgumentException("姓名不能为空");}this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {if (age < 0 || age > 150) { // 年龄合理性校验throw new IllegalArgumentException("年龄不合法");}this.age = age;}
}

• name和age被声明为private，外部无法直接修改
• 通过setName和setAge方法设置值时，会先进行合法性校验，避免无效数据破坏对象状态

二、关键字this

  在 Java 中，this 关键字是一个指向当前对象实例的引用变量，主要用于解决变量命名冲突、调用其他构造方法或传递当前对象。下面介绍5种核心用法。

1、解决成员变量与局部变量命名冲突

• 当成员变量（类属性）与局部变量（方法参数或内部变量）同名时，使用 this 明确指定成员变量

public class Person {private String name; // 成员变量public void setName(String name) { // 局部变量this.name = name; // 用 this 指代成员变量}
}

2、在构造方法中调用其他构造方法

• 使用 this(...) 在构造方法中调用同类其他构造方法（必须放在第一行）

public class Rectangle {private int width, height;public Rectangle() {this(10, 10); // 调用带参构造方法}public Rectangle(int width, int height) {this.width = width;this.height = height;}
}

3、作为参数传递当前对象

• 将当前对象传递给其他方法

public class Printer {public void print() {System.out.println("Printing...");}
}public class Document {private String content;public void sendToPrinter(Printer printer) {printer.print(this.content); // 传递内容}public void process() {new Printer().printDocument(this); // 传递当前 Document 对象}
}

4、返回当前对象（链式调用）

• 在方法中返回 this 实现链式调用

public class Calculator {private int value;public Calculator add(int num) {this.value += num;return this; // 返回当前对象}public Calculator subtract(int num) {this.value -= num;return this;}
}// 链式调用示例
Calculator calc = new Calculator();
calc.add(5).subtract(3).add(10); // 连续操作

5、内部类中访问外部类对象

• 当内部类与外部类有同名变量时，用 外部类名.this 明确指定

public class Outer {private String name = "Outer";class Inner {private String name = "Inner";public void printNames() {System.out.println(name);         // "Inner" (内部类变量)System.out.println(Outer.this.name); // "Outer" (外部类变量)}}
}

三、继承

• 本质理解：子类（派生类）继承父类（基类）的非私有属性和方法，实现代码重用并扩展新功能或重写特定行为
• 核心目的：
  1. 代码复用：减少冗余代码，提升开发效率
  2. 建立类层级关系：通过 is-a 关系建模（如 Manager is an Employee）
  3. 实现多态基础：子类可替代父类对象使用（里氏替换原则）
• 深度特性解析：
  1. extends 关键字实现单继承（Java不支持多继承）
  2. 父类构造方法通过 super() 调用
  3. @Override 注解确保正确重写方法
  4. 所有类隐式继承 Object 类（如toString()、equals()方法）

示例：公司员工体系建模

class Employee {private String name;private double baseSalary;public Employee(String name, double salary) {this.name = name;this.baseSalary = salary;}public double calculatePay() {return baseSalary; // 普通员工直接返回基础薪资}
}class Manager extends Employee {private double bonus; // 经理特有属性-奖金public Manager(String name, double salary, double bonus) {super(name, salary); // 调用父类构造this.bonus = bonus;}@Overridepublic double calculatePay() {// 扩展行为：经理工资 = 基础工资 + 奖金return super.calculatePay() + bonus; }public void conductReview() { // 经理特有方法System.out.println("Conducting performance review...");}
}

四、关键字super

  在 Java 中，super是一个特殊的关键字，主要用于访问父类（超类）的成员（属性、方法、构造器）。它在继承关系中发挥着关键作用。

1、调用父类的构造器

• 在子类构造器中用 super(...) 调用父类构造器
• 必须是子类构造器的第一行语句（this() 和 super() 不能共存）
• 若未显式调用，编译器会自动插入 super()（调用父类无参构造器）

 class Parent {Parent(int value) {System.out.println("Parent构造器: " + value);}}class Child extends Parent {Child() {super(10); // 显式调用父类有参构造器System.out.println("Child构造器");}}

2、访问父类的成员变量

• 当子类变量与父类同名时，用 super.变量名 区分父类变量

class Parent {String name = "父类";
}class Child extends Parent {String name = "子类";void print() {System.out.println(super.name); // 输出: 父类System.out.println(this.name);   // 输出: 子类}
}

3、调用父类被重写的方法

• 子类重写父类方法后，用 super.方法名() 调用父类原始方法：

class Parent {void show() {System.out.println("Parent的方法");}
}class Child extends Parent {@Overridevoid show() {super.show(); // 先调用父类方法System.out.println("Child的方法");}
}

this关键字（或者this和super都不写）查找变量或方法时，优先查找当前类，找不到则向父类逐层查找

五、多态

• 本质理解：同一个方法调用，在不同对象上表现出不同的行为
• Java实现的两大途径：
  1. 编译时多态（静态/方法重载）：相同方法名，不同参数列表
  2. 运行时多态（动态绑定/方法重写）：父类引用指向子类对象，调用被重写方法

运行机制揭秘：

1、方法内局部变量的赋值体现多态

public class TestPet {public static void main(String[] args) {//多态引用Pet pet = new Dog();pet.setNickname("小白");//多态的表现形式/*编译时看父类：只能调用父类声明的方法，不能调用子类扩展的方法；运行时，看“子类”，如果子类重写了方法，一定是执行子类重写的方法体；*/pet.eat();//运行时执行子类Dog重写的方法
//      pet.watchHouse();//不能调用Dog子类独有的扩展方法pet = new Cat();pet.setNickname("雪球");pet.eat();//运行时执行子类Cat重写的方法}
}

2、方法的形参声明体现多态

public class Person{private Pet pet;public void adopt(Pet pet) {//形参是父类类型，实参是子类对象this.pet = pet;}public void feed(){pet.eat();//pet实际引用的对象类型不同，执行的eat方法也不同}
}

3、方法返回值类型体现多态

public class PetShop {//返回值类型是父类类型，实际返回的是子类对象public Pet sale(String type){switch (type){case "Dog":return new Dog();case "Cat":return new Cat();}return null;}
}

4、成员变量没有多态性

• 即使子类定义了与父类同名的实例变量，该变量也不会覆盖父类的变量
• 访问变量时是基于引用的编译时类型决定的，而非对象的实际类型

public class TestVariable {public static void main(String[] args) {Base b = new Sub();System.out.println(b.a);  // 1System.out.println(((Sub)b).a);  // 2Sub s = new Sub();System.out.println(s.a); // 2System.out.println(((Base)s).a);  // 1}
}
class Base{int a = 1;
}
class Sub extends Base{int a = 2;
}

5、向上转型和向下转型

向上转型

• 定义：将子类对象引用转换为父类类型
• 特点：
  • 自动发生（隐式转换）
  • 绝对安全（子类“是”父类的一种）
  • 只能访问父类中定义的成员（方法或变量），不能访问子类独有成员

class Animal {void eat() {System.out.println("Animal eats");}
}class Dog extends Animal {@Overridevoid eat() {System.out.println("Dog eats bones");}void bark() {System.out.println("Dog barks");}
}public class Main {public static void main(String[] args) {// 向上转型：Dog -> AnimalAnimal animal = new Dog();  // 隐式转换animal.eat();  // 输出："Dog eats bones"（多态：调用子类重写方法）// animal.bark(); // 编译错误！父类引用无法访问子类特有方法}
}

向下转型

• 定义：将父类对象引用强制转换回子类类型
• 特点：
  • 需显式强制转换（可能抛出ClassCastException）
  • 不安全（必须确保父类引用实际指向目标子类对象）
  • 转换成功后，可访问子类特有成员
• 安全做法：先用instanceof检查类型

  if (父类引用 instanceof 目标子类) {目标子类 引用 = (目标子类) 父类引用;
  }
  

public class Main {public static void main(String[] args) {Animal animal = new Dog();  // 向上转型// 向下转型（安全方式）if (animal instanceof Dog) {Dog dog = (Dog) animal;  // 强制转换dog.eat();   // 输出："Dog eats bones"dog.bark();  // 输出："Dog barks"（访问子类特有方法）}// 错误示例（导致ClassCastException）Animal cat = new Cat();// Dog invalidDog = (Dog) cat; // 运行时异常：cat不是Dog对象}
}