继承与多态

Posted 2020-08-20

规划程序之前要考虑到未来，及时做好应对需求变更的准备。

  良好的面向对象程序设计需要尽量提高程序的扩展性和灵活性，当需求变更或加入新的类型时不至于重写设计或改写太多既有代码。众所周知，继承是面向对象程序设计三大基本特性（封装、继承、多态）之一，充分理解继承的原理机制，对于书写高质量的程序至关重要。

  面向对象程序设计显著特点就是尽量少写重复代码，多考虑既有代码的重构，以此提高程序的扩展性。为什么需要继承机制？说白了就是为了减少重复代码。在设计继承时，我们总会从一系列具有相同属性和行为的类中抽象出共有的部分，然后封装在父类中，以Java方式来说，“子类继承父类”意味着子类拥有父类的实例变量和方法，这部分共有的属性和行为无需重新编写，直接继承即可；当然，子类也可以添加自己特有的实例变量和方法，利用继承机制可以大大程序设计的灵活性。

  以上叙述了这么多，但好像太理论了，完全没有体现出继承的特点和优势。别着急，考虑这样一个案例：

  “假设你需要设计一套动物仿真系统，可以使用户将一群动物丢至特定的环境，并因此模拟出不同动物的状态和行为。现已存在部分被告知的动物的属性和行为，但并不清楚以后会有多少动物被加进来。你需要设计扩展性良好的应用程序，以此应对后期动物园管理员以任意时间引进任意数量动物的需求。”

   好吧，话有点啰嗦，还是直接开始设计吧。

  （1）找出类间具有共同属性和行为的对象，并抽象出共有部分。

    假设你的动物仿真系统需要存储动物的图像（picture）、食物（food）、饥饿程度（hunger）、活动范围的长和宽（boundaries）、活动过程中的X、Y坐标(location)、另外但凡动物均有发声（makeNoise）、饮食（eat）、睡眠（Sleep）、闲逛（roam）的行为。

    假定现在的动物系统中有狮子（Lion）、老虎（Tiger）、猫咪（Cat）、河马（Hippo）、狼（Wolf）、狗（Dog）

 

 （2）抽象出代表共同状态和行为的类

    经以上分析我们抽象出动物（Animal）作为整个系统的顶层父类，并将共有的图像（picture）、食物（food）、饥饿程度（hunger）、活动范围的长和宽（boundaries）、活动过程中的X、Y坐标(location)实例变量和发声（makeNoise）、饮食（eat）、睡眠（Sleep）、闲逛（roam）方法加入Animal这个类中，并利用IDEA自动生成了Get和Set方法。

public class Animal {
    String picture;//动物图像的存储路径
    String food;//目前只有meat和grass两种
    Integer hunger;//饥饿程度
    Double boundaries;//活动区域面积
    Location location = new Location(); //活动坐标

    public void makeNoise() {//发声
        System.out.println("makeNoise method is invoked in Animal....");
    }

    public void eat() { //饮食
        System.out.println("eat method is invoked in Animal....");
    }

    public void sleep() {//睡眠
        System.out.println("sleep method is invoked in Animal....");
    }

    public void roam() { //闲逛
        System.out.println("roam method is invoked in Animal....");
    }

    public String getPicture() {
        return picture;
    }

    public void setPicture(String picture) {
        this.picture = picture;
    }

    public String getFood() {
        return food;
    }

    public void setFood(String food) {
        this.food = food;
    }

    public Integer getHunger() {
        return hunger;
    }

    public void setHunger(Integer hunger) {
        this.hunger = hunger;
    }

    public Double getBoundaries() {
        return boundaries;
    }

    public void setBoundaries(Double boundaries) {
        this.boundaries = boundaries;
    }

    public Location getLocation() {
        return location;
    }

    public void setLocation(Location location) {
        this.location = location;
    }
}

 

（3）确定子类是否需要重写方法和添加自己的实例变量

   观察Animal，容易发现每个动物的eat()方法和makeNoise()方法的方式应该不一样，当然睡眠也可以不同，但为使得描述问题的简单，我们在此假定睡眠一样。以makeNoise()为例，狗狗（Dog）的发声是“汪汪汪”、猫咪(Cat)的发声是“喵喵喵”等等。。根据实际情况，每个子类都可以重写（overload）继承自父类的方法以满足自己的需求。例如Dog子类。

public class Dog extends Animal{
    public void makeNoise() {
        System.out.println("大家好，我是旺财！，我喜欢旺旺旺...");
    }

    public void eat() {
        System.out.println("大家好，我是旺财！，我喜欢鲜美的骨头...");
    }
}

      当然其他的动物也可以根据自己的特性重写继承自父类的方法，或是添加实例变量，在此不再一一列出。

 

 （4）寻找使用共同行为的子类来构造出更多的抽象化机会

   现实世界中，动物本身具有组织化的层次（界、门、纲、目、科、属、种），据此，我们可以抽象出有意义的类。观察发现，现有动物中可以抽象出Canine(猫科)、Feline(犬科)两个科，其中狮子（Lion）、老虎（Tiger）、猫咪（Cat）属于Canine（猫科）、Hippo独立于猫科和犬科、狼（Wolf）、狗（Dog）属于Feline(犬科)。所以我们可以进一步的抽象出Canine和Feline两个类。

public class Canine extends Animal {
    public void roam() {//重写来自Animal的roam()方法
        System.out.println("roam method is invoked in Canine....");
    }
}

public class Feline extends Animal {
    public void roam() { //重写来自Animal的roam()方法
        System.out.println("roam method is invoked in Feline....");
    }
}

 

（5）完成类的继承层次

    根据以上分析，我们可以完成类的继承层次，其中Animal属于顶层父类，Canine(猫科)、Hippo(河马)、Feline(犬科)分别继承自Animal；狮子（Lion）、老虎（Tiger）、猫咪（Cat）继承Canine（猫科）；狼（Wolf）、狗（Dog）继承Feline(犬科)，由此可得类间继承关系图

   至此，动物仿真系统的所有类间关系就分析整理出来了，当然，每个子类可以任意添加自己的方法或是overload继承自父类的方法，极大的减少了重复代码的书写，并且提高了系统扩展性。