前言

面向对象进阶(一)：static，继承，this和super关键字

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文章目录

一、static1.1 静态变量1.2 静态方法1.3 静态变量和静态方法在内存中

二、继承2.1 概念2.2 继承的特点和能继承什么2.3 继承中的重写2.4 this和super关键字

一、static

在 Java 中，static 关键字用于声明类中的静态成员（包括字段、方法、内部类和代码块）。静态成员属于类本身，而不是类的实例。

1.1 静态变量

静态变量（也称为类变量）是在类中使用 static关键字声明的变量。

特性

类级别共享：静态变量属于类本身，而不是类的实例。所有实例共享同一个静态变量。意味着静态变量不依赖于实例而存在。单一存储：在内存中只有一份静态变量，无论创建了多少个类的实例。生命周期：静态变量在类加载时初始化，并在程序结束时销毁。访问方式：可以通过类名直接访问，也可以通过实例访问（但不推荐）。

用法

声明静态变量

静态变量在类体中用 static 关键字声明。通常在类的顶部声明。

public class MyClass {

public static int staticVar = 0;

}

访问静态变量

静态变量可以通过类名直接访问，也可以通过实例访问。

public class Main {

public static void main(String[] args) {

// 通过类名访问静态变量

MyClass.staticVar = 5;

System.out.println(MyClass.staticVar); // 输出: 5

// 通过实例访问静态变量（不推荐）

MyClass obj1 = new MyClass();

MyClass obj2 = new MyClass();

obj1.staticVar = 10;

System.out.println(obj2.staticVar); // 输出: 10，因为obj1和obj2共享同一个静态变量

}

}

示例：计数器

静态变量的一个常见用法是作为计数器，记录创建的实例数量。

public class Counter {

public static int count = 0;

public Counter() {

count++;

}

public static void displayCount() {

System.out.println("Number of instances: " + count);

}

}

public class Main {

public static void main(String[] args) {

Counter obj1 = new Counter();

Counter obj2 = new Counter();

Counter obj3 = new Counter();

Counter.displayCount(); // 输出: Number of instances: 3

}

}

在这个例子中，每次创建 Counter 类的实例时，静态变量 count 都会增加1。由于 count 是静态变量，它在所有实例中共享，因此可以准确记录创建的实例数量。

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1.2 静态方法

静态方法（Static Methods）是用 static 关键字修饰的方法，属于类本身，而不是类的实例。它们在类加载时就被初始化，可以不通过实例对象而直接调用。静态方法在很多情况下都非常有用，特别是在工具类中。

特性

类级别方法：静态方法属于类，可以直接通过类名调用，而不需要创建类的实例。不能访问实例成员：静态方法不能直接访问类的实例变量和实例方法，因为它们不属于任何具体的实例。可以访问静态成员：静态方法可以访问类的静态变量和其他静态方法。无需对象：静态方法在调用时不需要创建对象，可以通过类名直接调用。

用法

声明静态方法

静态方法在类体中使用 static 关键字声明。

public class MyClass {

public static void staticMethod() {

System.out.println("This is a static method.");

}

}

访问静态方法

静态方法可以通过类名直接调用，也可以通过实例调用（但不推荐）。

public class Main {

public static void main(String[] args) {

// 通过类名调用静态方法

MyClass.staticMethod();

// 通过实例调用静态方法（不推荐）

MyClass obj = new MyClass();

obj.staticMethod();

}

}

示例：实用工具类

静态方法非常适合用来实现实用工具类中的一些方法。例如，数学运算方法、字符串处理方法等。

工具类（Utility Class）是在编程中常用的一种类，专门用于封装一组静态方法，这些方法通常是与特定任务相关的通用功能。工具类的主要特点是它们不需要实例化，可以直接通过类名调用其方法。常见的工具类包括用于字符串处理、数学运算、日期时间操作等功能的类。

public class MathUtils {

public static int add(int a, int b) {

return a + b;

}

public static int multiply(int a, int b) {

return a * b;

}

}

public class Main {

public static void main(String[] args) {

int sum = MathUtils.add(5, 3);

int product = MathUtils.multiply(4, 2);

System.out.println("Sum: " + sum); // 输出: Sum: 8

System.out.println("Product: " + product); // 输出: Product: 8

}

}

静态方法不能直接访问实例变量和实例方法，举例：

public class Example {

// 实例变量

private int instanceVar = 42;

// 实例方法

public void instanceMethod() {

System.out.println("Instance method called. Instance variable: " + instanceVar);

}

// 静态方法

public static void staticMethod() {

// 试图访问实例变量 - 这会导致编译错误

// System.out.println("Instance variable: " + instanceVar);

// 试图调用实例方法 - 这会导致编译错误

// instanceMethod();

// 正确的访问方式：静态方法只能访问静态变量和静态方法

System.out.println("Static method called.");

}

// 静态变量

public static int staticVar = 84;

// 另一个静态方法

public static void anotherStaticMethod() {

System.out.println("Another static method called. Static variable: " + staticVar);

}

}

public class Main {

public static void main(String[] args) {

// 调用静态方法

Example.staticMethod();

// 创建类的实例

Example example = new Example();

// 调用实例方法

example.instanceMethod();

// 调用另一个静态方法

Example.anotherStaticMethod();

}

}

解释：在 staticMethod 中，尝试直接访问 instanceVar 和 instanceMethod 会导致编译错误，因为 instanceVar 和 instanceMethod 都是属于实例的，而不是类的。静态方法没有 this 引用，因此无法引用实例成员。

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1.3 静态变量和静态方法在内存中

静态变量和静态方法都存储在方法区（Method Area）中

方法区是 JVM 内存的一部分，用于存储类结构信息（如类元数据、常量池）和静态变量。

内存简易图

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二、继承

2.1 概念

继承（Inheritance）是面向对象编程中的重要概念之一，继承是一种类之间的关系，其中一个类（称为子类或派生类）根据规则可以继承另一个类（称为父类或基类）的属性和方法。继承可以避免重复编写相同的代码，更好地组织和管理类之间的关系。

例如，我们要实现学生类和老师类，学生和老师之间必然存在共性，比如都有名字，年龄等成员变量，以及可能有吃饭，睡觉等成员方法，那么就极有可能存在代码重复实现的情况。那我们就可以定义一个父类，比如person类，在类中有名字，年龄成员变量，以及一些成员方法，然后学生类和老师类再继承person类。

2.2 继承的特点和能继承什么

特点

Java只支持单继承，不支持多继承，但支持多层继承多层继承：子类A继承父类B，子类B继承父类C…另外，所有其他类都直接或间接地继承自 Object类，因为Object 类是所有类的根类,Object 类定义了几个核心方法，包括 toString(), equals(), hashCode()

能够继承什么？

我们来挨个解释：

对于构造方法：无论构造方法是否是私有的，它都不能被继承，这是为了保证对象在创建过程中的合理初始化，以及遵循面向对象编程中的封装和可见性原则。

对于成员变量：

子类继承父类时，会继承父类的成员变量。子类可以继承父类的 public 和 protected 访问权限的成员变量。如果成员变量被声明为 private，则子类无法直接访问该成员变量，需要借助继承自父类的 get/set 方法。如果子类定义了与父类同名的成员变量，那么父类的成员变量会被子类的成员变量隐藏。这种情况下，可以使用 super 关键字访问父类被隐藏的成员变量。(super 关键字在 Java 中用于调用父类的构造方法和访问被隐藏的父类成员变量或方法。)

子类定义了与父类同名的成员变量，用 super 关键字

class Parent {

public int number = 10;

public void display() {

System.out.println("Parent's number: " + number);

}

}

class Child extends Parent {

public int number = 20;

public void display() {

super.display(); // 调用父类的 display 方法

System.out.println("Child's number: " + number);

System.out.println("Parent's number: " + super.number); // 访问父类的成员变量

}

}

对于成员方法:

子类可以继承父类的非私有成员方法。private 方法不可继承，因为它们对子类不可见。子类可以提供自己的实现来覆盖从父类继承的同名方法（重写）。final 修饰的方法不能被子类重写，因此不能继承。static 方法属于类级别的方法，不属于实例，不能被继承。

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2.3 继承中的重写

方法的重写（Override）是子类覆盖父类中具有相同名称和参数的方法。

重写的规则

必须是被子类继承的父类成员方法，才能是重写

方法签名：子类重写父类方法时，方法名、参数列表必须与父类方法完全相同。

访问修饰符：子类重写父类方法时，访问修饰符不能更严格。例如，如果父类方法是 protected，子类重写时可以使用 protected 或者 public，但不能使用 private 或者默认的（package-private）修饰符。

返回类型：重写方法的返回类型必须与被重写方法的返回类型相同，或者是其子类。

@Override 注解可以帮助编译器验证是否成功重写了父类方法。

示例

下面是一个展示方法重写的示例：

// 父类

class Parent {

// 父类方法

public void display() {

System.out.println("Parent's display method");

}

}

// 子类继承自父类

class Child extends Parent {

// 重写父类的 display() 方法

@Override

public void display() {

System.out.println("Child's overridden display method");

}

}

// 主类

public class Main {

public static void main(String[] args) {

// 创建子类对象

Child child = new Child();

// 调用子类重写的方法

child.display(); // 输出: Child's overridden display method

}

}

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2.4 this和super关键字

this 和 super 是两个关键字，用于引用当前对象和父类对象。它们在面向对象编程中有着不同的用途和作用域。

this 关键字

访问当前对象的属性和方法：

可以通过 this 关键字访问当前对象的属性和方法，避免命名冲突或者明确指出正在使用的对象是当前对象。

class MyClass {

private int number;

public void setNumber(int number) {

this.number = number; // 使用this访问当前对象的number属性

}

public int getNumber() {

return this.number; // 使用this访问当前对象的number属性

}

}

在构造方法中调用其他构造方法：

可以使用 this() 调用本类的其他构造方法（必须位于构造方法的第一行）。

class MyClass {

private int number;

// 构造方法1

public MyClass() {

this(0); // 调用另一个构造方法

}

// 构造方法2

public MyClass(int number) {

this.number = number;

}

}

super 关键字

访问父类的属性和方法：

可以使用 super 关键字访问父类中的属性和方法，特别是在子类中覆盖（重写）父类方法时，可以使用 super 调用父类的方法。

class Parent {

private int number;

public Parent(int number) {

this.number = number;

}

public void display() {

System.out.println("Number: " + number);

}

}

class Child extends Parent {

public Child(int number) {

super(number); // 调用父类的构造方法

}

@Override

public void display() {

super.display(); // 调用父类的display方法

System.out.println("Child's display method");

}

}

调用父类的构造方法：

可以使用 super() 调用父类的构造方法，必须位于子类构造方法的第一行。

class Parent {

private int number;

public Parent(int number) {

this.number = number;

}

}

class Child extends Parent {

public Child(int number) {

super(number); // 调用父类的构造方法

}

}

避免子类和父类同名字段的歧义：

在子类和父类中有同名字段时，可以使用 super 关键字访问父类中的字段，以避免歧义。

class Parent {

protected int number = 10;

}

class Child extends Parent {

private int number = 20;

public void display() {

System.out.println("Child's number: " + number); // 输出20

System.out.println("Parent's number: " + super.number); // 输出10

}

}

区别和总结

this 关键字用于引用当前对象，可以访问当前对象的属性、方法和构造方法。super 关键字用于引用父类对象，可以访问父类的属性、方法和构造方法。

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