Java 从零到精通

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继承与多态 ​

学习目标 ​

  • 解释继承适合表达什么样的“是一个”关系。
  • 使用抽象父类提取共同字段和通用方法。
  • 使用 extends、super 和 @Override 编写子类。
  • 理解父类引用如何调用子类的重写方法。
  • 识别继承的适用边界，避免为了复用而滥用继承。

前置知识 ​

已完成封装，能够通过私有字段、构造器校验和业务方法维护对象状态。

为什么需要继承 ​

课程平台里可能有多种学习资源：视频、文章、测验、代码实验。它们都有标题，也都能给出学习摘要；但每种资源估算学习时间的方式不同。

如果每个类都重复写标题校验和摘要拼接，规则会散落到多个地方。继承可以把共同部分放进父类，把差异留给子类。

抽象父类 ​

父类 LearningResource 保存共同字段，并定义统一的公开行为：

java
public abstract class LearningResource {

    private final String title;

    protected LearningResource(String title) {
        if (title == null || title.isBlank()) {
            throw new IllegalArgumentException("title must not be blank");
        }
        this.title = title.strip();
    }

    public final String getTitle() {
        return title;
    }

    public final String summary() {
        return typeLabel() + ": " + title + " - " + detailText();
    }

    public abstract int estimatedMinutes();

    protected abstract String typeLabel();

    protected abstract String detailText();
}

abstract 表示这个类只描述共同概念，不能直接创建 new LearningResource(...)。它要求子类补充 estimatedMinutes、typeLabel 和 detailText。

summary 声明为 final，表示子类不能改写摘要结构，只能通过重写受保护的细节方法提供差异。

子类与 super ​

视频资源是学习资源的一种，因此使用 extends：

java
public class VideoResource extends LearningResource {

    private final int durationMinutes;
    private final boolean hasCaptions;

    public VideoResource(String title, int durationMinutes, boolean hasCaptions) {
        super(title);
        if (durationMinutes <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("duration minutes must be positive");
        }
        this.durationMinutes = durationMinutes;
        this.hasCaptions = hasCaptions;
    }
}

super(title) 调用父类构造器，让父类负责标题校验和保存。子类只处理自己新增的字段。

文章资源也继承同一个父类，但拥有不同字段：

java
public class ArticleResource extends LearningResource {

    private final int wordCount;

    public ArticleResource(String title, int wordCount) {
        super(title);
        if (wordCount <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("word count must be positive");
        }
        this.wordCount = wordCount;
    }
}

重写方法 ​

子类使用 @Override 明确重写父类定义的方法：

java
@Override
public int estimatedMinutes() {
    return durationMinutes;
}

文章的估算方式不同：

java
@Override
public int estimatedMinutes() {
    return Math.max(1, (int) Math.ceil(wordCount / 250.0));
}

同一个方法名，在不同子类里有不同实现，这为多态打下基础。

多态 ​

多态允许父类引用指向不同子类对象：

java
LearningResource[] resources = {
        new VideoResource("继承视频", 15, false),
        new ArticleResource("多态文章", 500)
};

遍历时，变量类型是 LearningResource，但实际调用的是每个对象所属子类的方法：

java
int totalMinutes = 0;
for (LearningResource resource : resources) {
    totalMinutes += resource.estimatedMinutes();
    System.out.println(resource.summary());
}

视频返回自己的时长，文章按字数估算时长。调用者不需要写 if 判断资源类型，这就是多态带来的扩展能力。

可运行代码 ​

使用 Java 21 运行对应测试：

bash
mvn -B -pl examples/java-core -am test
mvn -B -pl exercises/object-oriented/starter -am compile
mvn -B -pl exercises/object-oriented/solution -am test

常见错误与调试提示 ​

  • 把“有一个”关系写成继承：课程有学习资源，不代表课程是学习资源。
  • 子类构造器忘记调用 super(...)：父类状态没有机会初始化。
  • 重写方法签名写错：加上 @Override 可以让编译器及时发现。
  • 为了复用一两行代码强行继承：继承会带来长期结构约束，不只是代码复用手段。
  • 父类暴露太多可变方法：子类越多，父类 API 越难修改。

调试多态时，在父类 summary 和各个子类的 estimatedMinutes、detailText 中设置断点，观察同一个父类变量在运行时进入了哪个子类方法。

最佳实践及适用边界 ​

  • 只有存在稳定“是一个”关系时才考虑继承。
  • 父类放共同状态和稳定流程，子类只补充差异行为。
  • @Override 是重写方法的好习惯，能帮助编译器检查意图。
  • 父类方法能保持稳定时再声明为 final，避免子类破坏统一规则。
  • 如果只是想定义能力，而不是共享状态，后续学习接口会更适合。

分级练习 ​

  • 基础：补全 LearningResource 的标题校验和统一 summary。
  • 进阶：实现 VideoResource 和 ArticleResource 的字段校验与重写方法。
  • 挑战：用 LearningResource[] 保存不同子类对象，并计算总学习时长。

面试与复习题 ​

  1. 继承适合表达什么关系？
  2. 抽象类和普通类有什么不同？
  3. 子类构造器中的 super(...) 有什么作用？
  4. @Override 能帮你发现什么错误？
  5. 为什么父类引用可以指向子类对象？
  6. 多态如何减少调用者的类型判断？
  7. 什么时候不应该使用继承？
  8. final 方法在父类中有什么意义？

本章总结 ​

继承把共同状态和稳定流程放到父类，子类通过重写方法表达差异。多态让调用者用同一种父类视角处理不同子类对象，从而减少类型判断，让新增资源类型更容易接入。

下一步 ​

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