Java父类与子类完全指南：继承、重写与多态实战

在面向对象编程(OOP)的世界中，继承是最基础也是最重要的概念之一。Java作为一门纯粹的面向对象语言，其继承机制通过父类与子类的关系得以完美体现。本文将带您深入探索Java中父类与子类的方方面面，从基础概念到高级应用，帮助您全面掌握这一核心编程范式。

一、父类与子类的基本概念

在Java中，父类(又称超类或基类)是被继承的类，而子类(又称派生类)则是继承父类的类。这种关系通过extends关键字建立。例如：

class Animal {  // 父类
    void eat() {
        System.out.println("动物在进食");
    }
}

class Dog extends Animal {  // 子类
    void bark() {
        System.out.println("狗在吠叫");
    }
}

这种继承关系带来了代码复用的巨大优势，子类自动获得父类的非私有成员(属性和方法)，无需重复编写相同代码。

二、继承的深度解析

1. 访问修饰符的影响

Java中的访问修饰符决定了父类成员的可见性：
- public：任何地方都可访问
- protected：同包或子类可访问
- 默认(无修饰符)：仅同包可访问
- private：仅本类可访问

理解这些修饰符对继承的影响至关重要，特别是设计类库时需要考虑未来的可扩展性。

2. 方法重写(Override)与super关键字

子类可以重写父类的方法以提供特定实现，这是多态的基础。使用@Override注解可以确保正确重写：

class Animal {
    void makeSound() {
        System.out.println("动物发出声音");
    }
}

class Cat extends Animal {
    @Override
    void makeSound() {
        super.makeSound();  // 调用父类实现
        System.out.println("喵喵叫");
    }
}

super关键字不仅可以调用父类方法，还能访问父类构造器和属性。

三、构造器链与对象初始化

创建子类对象时，Java会隐式或显式调用父类构造器，形成构造器链。理解这一过程对避免初始化问题很重要：

class Vehicle {
    private String type;

    Vehicle(String type) {
        this.type = type;
        System.out.println("Vehicle构造器: " + type);
    }
}

class Car extends Vehicle {
    Car() {
        super("汽车");  // 必须显式调用，因为父类没有无参构造器
        System.out.println("Car构造器");
    }
}

如果父类有无参构造器，子类构造器会隐式调用super()；否则必须显式调用合适的父类构造器。

四、多态与类型转换

多态是OOP的三大特性之一，它允许父类引用指向子类对象：

Animal myPet = new Dog();  // 向上转型(upcasting)
myPet.eat();  // 调用的是Dog类的方法(如果重写了)

if(myPet instanceof Dog) {
    Dog realDog = (Dog)myPet;  // 向下转型(downcasting)
    realDog.bark();
}

合理使用多态可以大大提高代码的灵活性和可扩展性。

五、高级话题：抽象类与接口

当父类需要定义规范而不关心具体实现时，可以使用抽象类或接口：

abstract class Shape {  // 抽象类
    abstract double area();  // 抽象方法
}

class Circle extends Shape {
    private double radius;

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

interface Flyable {  // 接口
    void fly();
}

class Bird extends Animal implements Flyable {
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("鸟儿飞翔");
    }
}

抽象类与接口是Java实现多重继承的方式，各有适用场景。

六、设计建议与最佳实践

1. 优先使用组合而非继承：除非确实是"is-a"关系，否则组合通常更灵活
2. 避免深继承层次：一般不超过3层，过深会导致代码难以维护
3. 谨慎重写equals和hashCode：确保遵守相关契约
4. 考虑使用final类或方法：防止关键类被继承或方法被重写
5. 文档化可继承的方法：使用JavaDoc明确说明方法的设计意图

七、常见问题与解决方案

1. 菱形继承问题

Java不支持多继承，但可以通过接口默认方法实现类似功能：

interface A {
    default void show() { System.out.println("A"); }
}

interface B {
    default void show() { System.out.println("B"); }
}

class C implements A, B {
    @Override
    public void show() {
        A.super.show();  // 明确指定调用哪个接口的实现
    }
}

2. 构造器循环调用

确保构造器链不会形成循环，否则会导致栈溢出。

3. 脆弱的基类问题

父类修改可能意外破坏子类功能，因此设计父类时要考虑扩展性。