Java基础知识拓展：继承与多态

# 1. 介绍继承与多态的概念

## 1.1 什么是继承
在面向对象的编程中，继承是一种重要的特性，它允许新建的类继承已存在的类的属性和方法。在继承关系中，存在一个父类（也称为超类或基类）和一个或多个子类（也称为派生类）。子类继承了父类的特性，包括变量和函数。

在Java中，继承通过使用`extends`关键字实现。子类可以继承父类的公有成员和方法，并且可以添加自己的额外成员和方法。

## 1.2 什么是多态
多态是指在不同的情况下，同一个方法名可以有着不同的表现形式。它允许我们对不同的子类对象使用相同的父类方法，实现了同一种行为具有不同的形态或表现。

多态的实现方式有两种，一种是通过继承和方法重写实现，另一种是通过接口实现。多态的核心概念是“针对父类编程，而不是针对具体的子类编程”。

多态能够提高代码的灵活性，简化代码的结构，使程序更易于维护和扩展。

## 1.3 继承与多态的关系
继承和多态是面向对象编程中两个重要的概念。继承是多态的基础，通过继承，子类可以继承父类的属性和方法。而多态则是继承的一种体现，它允许我们通过父类引用来调用子类特有的方法，以及在运行时动态确定对象的类型。

继承和多态的组合使用，可以使程序的结构更加清晰，可扩展性更强。通过将通用的行为封装在父类中，可以提高代码的重用性，减少代码的冗余度。同时，多态使得代码能够根据不同的对象来选择执行不同的方法，从而实现更灵活的程序控制。

接下来，我们将深入探讨继承和多态的基本用法和详细实现。

// 示例代码
class Animal {
    public void sound() {
        System.out.println("动物发出声音");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public void sound() {
        System.out.println("猫发出“喵喵”的声音");
    }
}

class Dog extends Animal {
    public void sound() {
        System.out.println("狗发出“汪汪”的声音");
    }
}

public class InheritanceAndPolymorphismDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Animal cat = new Cat();
        cat.sound(); // 输出结果：猫发出“喵喵”的声音

        Animal dog = new Dog();
        dog.sound(); // 输出结果：狗发出“汪汪”的声音
    }
}

在以上示例代码中，我们定义了一个`Animal`类作为父类，其中包含一个`sound()`方法用于发出声音。然后，我们创建了两个子类`Cat`和`Dog`分别继承自`Animal`类，并重写了`sound()`方法。

在`main`方法中，我们分别使用父类的引用变量`Animal`指向`Cat`和`Dog`的实例对象。通过调用`sound()`方法，可以看到子类的实现会覆盖父类的实现，从而实现了多态。

继承和多态的结合使用使得程序具有更高的灵活性和可扩展性，这是面向对象编程中重要的思想和技术。

# 2. 继承的基本用法

### 2.1 父类与子类的关系

在面向对象的编程中，父类和子类之间存在继承关系。父类是子类的基类，子类继承了父类的属性和方法，并可以在此基础上进行扩展和修改。子类可以访问父类的非私有成员，包括字段和方法。

### 2.2 子类的继承语法

在Java中，子类可以使用`extends`关键字来继承父类。例如：

class Parent {
  // 父类的属性和方法
}

class Child extends Parent {
  // 子类的属性和方法
}

### 2.3 构造方法的继承

子类在实例化的过程中会调用父类的构造方法，以初始化父类的属性。如果子类没有显式声明构造方法，Java会自动添加一个默认的无参构造方法，该构造方法会调用父类的无参构造方法。

如果子类显式声明了构造方法，可以使用`super`关键字调用父类的构造方法。例如：

class Parent {
  Parent() {
    // 父类的构造方法
  }
}

class Child extends Parent {
  Child() {
    super(); // 调用父类的构造方法
    // 子类的构造方法
  }
}

### 2.4 继承的访问权限控制

子类继承父类的成员时，访问权限不能超过父类的访问权限。如果父类的成员被声明为私有(`private`)，子类无法直接访问父类的私有成员。

### 2.5 方法的重写与覆盖

子类可以重写（override）父类的方法，通过在子类中声明与父类相同的方法名、参数列表和返回类型来实现。子类的重写方法可以覆盖（override）父类的方法实现。

在重写方法时，需要注意以下几点：
- 访问权限不能降低：子类重写方法的访问权限不能低于父类方法的访问权限。
- 方法签名必须相同：子类重写方法的方法名、参数列表和返回类型必须与父类方法相同。
- 异常声明不能扩大：子类重写方法声明的异常类型不能比父类的更宽泛。

class Parent {
  void print() {
    System.out.println("Parent");
  }
}

class Child extends Parent {
  @Override
  void print() {
    System.out.println("Child");
  }
}

在继承中，子类对象可以作为父类对象使用。可以通过父类的引用指向子类的实例，实现多态的效果。这种多态的使用便于代码的扩展和维护。

继承和多态是面向对象编程的重要特性，合理运用它们可以提高代码的可重用性和灵活性。在接下来的章节中，我们将详细介绍多态的实现与运用。

# 3. 多态的实现与运用

在面向对象编程中，多态是一个非常重要的概念，它可以提高代码的灵活性和可扩展性。在Java中，多态的实现主要依靠抽象类和接口。本章将详细介绍多态的实现方式、作用与优势，以及在使用多态时需要注意的事项。

#### 3.1 抽象类与接口的概念

在Java中，抽象类是一种包含抽象方法的类，它不能被实例化，只能被继承。抽象方法是没有具体实现的方法，子类必须实现这些抽象方法才能被实例化。抽象类通过关键字`abstract`来定义。

接口是一种抽象类型，它只包含方法的声明，没有方法的实现。接口可以被类实现，实现接口的类必须实现接口定义的所有方法。接口通过关键字`interface`来定义。

#### 3.2 多态的实现方式

多态的实现依靠抽象类和接口。通过定义抽象类或接口，然后由具体的子类来实现抽象方法或接口方法，从而实现多态。下面以代码示例来说明：

// 定义抽象类
abstract class Shape {
    abstract void draw();
}

// 定义实现类
class Circle extends Shape {
    void draw() {
        System.out.println("画一个圆形");
    }
}

class Rectangle extends Shape {
    void draw() {
        System.out.println("画一个矩形");
    }
}

// 定义接口
interface Animal {
    void sound();