Java `extends` 关键字详解

简介

在 Java 编程中，extends 关键字是实现继承机制的核心。继承是面向对象编程（OOP）的重要特性之一，它允许一个类继承另一个类的属性和方法，从而实现代码的复用和扩展。本文将详细介绍 extends 关键字的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助读者深入理解并高效使用该关键字。

基础概念

继承的定义

继承是一种创建新类的机制，新类（子类、派生类）可以继承现有类（父类、基类）的属性和方法。通过继承，子类可以复用父类的代码，同时还可以添加自己的特性。

`extends` 关键字的作用

extends 关键字用于声明一个类继承另一个类。语法如下：

class ParentClass {
    // 父类的属性和方法
}

class ChildClass extends ParentClass {
    // 子类可以继承父类的属性和方法，也可以添加自己的属性和方法
}

继承的特点

单继承：Java 只支持单继承，即一个类只能有一个直接父类。
传递性：如果类 C 继承类 B，类 B 继承类 A，那么类 C 也继承了类 A 的属性和方法。

使用方法

简单继承示例

// 父类
class Animal {
    String name;

    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void eat() {
        System.out.println(name + " is eating.");
    }
}

// 子类
class Dog extends Animal {
    public Dog(String name) {
        super(name); // 调用父类的构造方法
    }

    public void bark() {
        System.out.println(name + " is barking.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog("Buddy");
        dog.eat(); // 调用父类的方法
        dog.bark(); // 调用子类自己的方法
    }
}

方法重写

子类可以重写（覆盖）父类的方法，以实现自己的逻辑。重写的方法必须具有相同的方法名、参数列表和返回类型。

// 父类
class Shape {
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a shape.");
    }
}

// 子类
class Circle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a circle.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Circle circle = new Circle();
        circle.draw(); // 调用子类重写的方法
    }
}

常见实践

代码复用

通过继承，子类可以复用父类的代码，避免代码重复。例如，在一个图形绘制系统中，可以定义一个 Shape 父类，包含所有图形共有的属性和方法，然后让 Circle、Rectangle 等子类继承 Shape 类。

// 父类
class Shape {
    protected int x;
    protected int y;

    public Shape(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    public void move(int dx, int dy) {
        x += dx;
        y += dy;
        System.out.println("Moved to (" + x + ", " + y + ")");
    }
}

// 子类
class Circle extends Shape {
    private int radius;

    public Circle(int x, int y, int radius) {
        super(x, y);
        this.radius = radius;
    }

    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a circle at (" + x + ", " + y + ") with radius " + radius);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Circle circle = new Circle(10, 20, 5);
        circle.move(5, 5);
        circle.draw();
    }
}

多态

继承是实现多态的基础。多态允许不同的子类对象对同一消息做出不同的响应。

// 父类
class Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("Animal makes a sound.");
    }
}

// 子类
class Cat extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("Meow!");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("Woof!");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal cat = new Cat();
        Animal dog = new Dog();

        cat.makeSound(); // 输出: Meow!
        dog.makeSound(); // 输出: Woof!
    }
}

最佳实践

合理设计继承关系

在设计继承关系时，应该遵循 “is-a” 原则，即子类是父类的一种特殊类型。例如，Dog 是 Animal 的一种，所以 Dog 类可以继承 Animal 类。

避免过度继承

过度继承会导致代码变得复杂，难以维护。应该尽量保持继承层次的简洁和清晰。

使用 `final` 关键字

如果一个类不希望被其他类继承，可以使用 final 关键字修饰。同样，如果一个方法不希望被子类重写，也可以使用 final 关键字修饰。

final class FinalClass {
    // 该类不能被继承
}

class AnotherClass {
    public final void finalMethod() {
        // 该方法不能被子类重写
    }
}

小结

extends 关键字是 Java 实现继承机制的关键，通过继承可以实现代码复用和扩展，同时也是实现多态的基础。在使用 extends 时，要合理设计继承关系，避免过度继承，并灵活运用方法重写等特性。

参考资料

《Effective Java》
《Java 核心技术》

Java extends 关键字详解

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