Java 中的 extends 和 implements：深入解析与实践

简介

在 Java 面向对象编程中，extends 和 implements 是两个极为重要的关键字，它们对于构建类层次结构、实现接口以及实现代码的复用和扩展起着关键作用。理解这两个关键字的概念、使用方法和最佳实践，对于编写高质量、可维护的 Java 代码至关重要。本文将深入探讨 extends 和 implements 在 Java 中的相关知识。

基础概念
- extends 的概念
- implements 的概念
使用方法
- extends 的使用
- implements 的使用
常见实践
- 使用 extends 实现代码复用
- 使用 implements 实现多态和行为规范
最佳实践
- 何时使用 extends
- 何时使用 implements
- 避免过度使用继承
小结
参考资料

基础概念

`extends` 的概念

extends 关键字用于实现继承。在 Java 中，一个类可以继承另一个类的属性和方法。被继承的类称为父类（超类、基类），继承的类称为子类（派生类）。通过继承，子类可以复用父类的代码，并且可以根据自身需求进行扩展和修改。

`implements` 的概念

implements 关键字用于实现接口。接口是一种抽象类型，它定义了一组方法签名，但不包含方法的实现。一个类使用 implements 关键字来表示它实现了某个接口，这意味着该类必须提供接口中定义的所有方法的具体实现。接口提供了一种契约，实现接口的类必须遵守这个契约。

使用方法

`extends` 的使用

语法：

class SubClass extends SuperClass {
    // 子类的属性和方法
}

示例：

// 父类
class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("Animal is eating");
    }
}

// 子类
class Dog extends Animal {
    public void bark() {
        System.out.println("Dog is barking");
    }
}

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

`implements` 的使用

语法：

class ClassName implements InterfaceName {
    // 实现接口中定义的方法
}

示例：

// 接口
interface Printable {
    void print();
}

// 实现接口的类
class Book implements Printable {
    @Override
    public void print() {
        System.out.println("This is a book");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Printable printable = new Book();
        printable.print();
    }
}

常见实践

使用 `extends` 实现代码复用

通过继承，子类可以复用父类的代码，减少代码冗余。例如，在一个图形绘制程序中，可以定义一个 Shape 父类，包含通用的属性和方法，然后让 Circle、Rectangle 等子类继承 Shape 类，复用其公共代码。

// 父类
class Shape {
    protected String color;

    public Shape(String color) {
        this.color = color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public abstract double getArea();
}

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

    public Circle(String color, double radius) {
        super(color);
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    public double getArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}

// 子类
class Rectangle extends Shape {
    private double width;
    private double height;

    public Rectangle(String color, double width, double height) {
        super(color);
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    @Override
    public double getArea() {
        return width * height;
    }
}

使用 `implements` 实现多态和行为规范

接口可以用于实现多态，不同的类实现同一个接口，通过接口类型的变量可以调用不同实现类的方法。例如，定义一个 Payment 接口，让 CreditCardPayment、PayPalPayment 等类实现该接口，实现不同的支付方式。

// 接口
interface Payment {
    void pay(double amount);
}

// 实现类
class CreditCardPayment implements Payment {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("Paying $" + amount + " with credit card");
    }
}

// 实现类
class PayPalPayment implements Payment {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("Paying $" + amount + " with PayPal");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Payment creditCardPayment = new CreditCardPayment();
        Payment paypalPayment = new PayPalPayment();

        creditCardPayment.pay(100.0);
        paypalPayment.pay(200.0);
    }
}

最佳实践

何时使用 `extends`

当子类与父类之间存在 “是一个”（is-a）的关系时：例如，Dog 是一个 Animal，Circle 是一个 Shape。这种关系表明子类是父类的一种特殊类型，继承父类的属性和方法是合理的。
当需要复用父类的代码并且对其进行扩展时：通过继承，可以减少代码冗余，并且在子类中添加新的功能或修改父类的行为。

何时使用 `implements`

当需要定义一组行为规范，让多个类实现这些规范时：接口提供了一种契约，实现接口的类必须遵循这个契约。例如，多个支付类实现 Payment 接口，保证它们都具有支付的行为。
当需要实现多态，通过接口类型的变量调用不同实现类的方法时：接口使得代码更加灵活和可扩展，便于进行依赖注入和面向接口编程。

避免过度使用继承

继承虽然可以实现代码复用，但过度使用继承可能会导致类层次结构变得复杂，难以维护。子类会继承父类的所有属性和方法，包括一些可能不需要的。因此，在使用继承时，要确保子类与父类之间确实存在合理的 “是一个” 关系，并且继承不会带来过多的复杂性。如果只是为了复用代码，组合（将一个类作为另一个类的成员变量）可能是更好的选择。

小结

extends 和 implements 是 Java 中实现继承和接口的重要关键字。extends 用于创建类之间的继承关系，实现代码复用和扩展；implements 用于实现接口，定义类必须遵循的行为规范和实现多态。在实际编程中，需要根据具体的需求和设计原则，合理选择使用 extends 和 implements，以编写高质量、可维护的 Java 代码。

参考资料

希望通过本文的介绍，读者能够深入理解并高效使用 extends 和 implements 在 Java 中的应用。

Java 中的 extends 和 implements：深入解析与实践

简介

目录

基础概念

extends 的概念

implements 的概念

使用方法

extends 的使用

implements 的使用