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继承（inheritance）与多态（polymorphism）是面向对象的两大核心机制。本节介绍 extends、super、方法重写、final 关键字以及多态的运行时行为。

继承：extends

继承是 OO 中"is-a"关系的代码表达：子类继承父类的非 private 成员（字段与方法），并在此基础上扩展或改写行为。继承有两个核心用途：复用（子类直接使用父类的字段与方法，避免重复编写）和多态的基础（子类可通过重写改变父类行为，见后文）。

下面定义 Animal 父类与 Dog 子类。注意 Dog 用 extends 继承 Animal，因此可以访问 protected 字段 name，并通过 super(name) 调用父类构造器：

public class Animal {
    protected String name;

    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void speak() {
        System.out.println(name + " 发出声音");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    public Dog(String name) {
        super(name);  // 调用父类构造器，必须放在第一行
    }

    public void wagTail() {
        System.out.println(name + " 摇尾巴");
    }
}

以下代码演示继承的效果：Dog 既可以使用从 Animal 继承的 speak() 方法，也能调用自己独有的 wagTail()：

Dog d = new Dog("旺财");
d.speak();    // 继承自 Animal
d.wagTail();  // 子类独有的方法

super 关键字

• super(...)：调用父类构造器，必须出现在子类构造器第一行。
• super.method()：调用父类被重写的方法，在重写方法内部需要保留父类逻辑时常用。
• 如果父类没有无参构造器，子类构造器必须显式调用 super(参数)，否则编译报错。

访问修饰符在继承中的影响

父类成员修饰符	子类能否访问
private	❌ 不可见
默认（无修饰符）	同包 ✅ / 不同包 ❌
protected	✅（不同包也可）
public	✅

方法重写（Override）

子类用与父类相同签名的方法替换父类实现。重写方法上的 @Override 注解不是必需的，但建议加上——编译器会检查签名是否正确匹配。

public class Cat extends Animal {
    public Cat(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void speak() {
        System.out.println(name + "：喵喵");
    }
}

重写的规则：

• 方法名、参数列表必须相同。
• 返回类型可以是父类返回类型的子类型（协变返回类型）。
• 访问权限不能比父类更严格（如父类 protected，子类不得改为 private）。
• 父类 final 方法不能被重写；static 方法不能被重写（但可以隐藏，不推荐）。

多态

多态指父类型引用指向子类对象，调用重写方法时执行的是实际对象类型的方法，而非引用声明类型的方法。

Animal a1 = new Dog("旺财");
Animal a2 = new Cat("咪咪");

a1.speak();  // 实际调用 Dog.speak()
a2.speak();  // 实际调用 Cat.speak()

多态使得代码可以针对父类型编写，运行时自动派发到子类实现。典型应用是以父类型作为方法参数或集合元素类型：

public static void letThemSpeak(Animal... animals) {
    for (Animal a : animals) {
        a.speak();
    }
}

向下转型与 instanceof

当需要调用子类特有方法时，需先向下转型：

if (a1 instanceof Dog) {
    Dog dog = (Dog) a1;
    dog.wagTail();
}

Java 16 起可用 instanceof 模式匹配简化：

if (a1 instanceof Dog dog) {
    dog.wagTail();
}

转型前始终用 instanceof 检查类型，否则可能抛出 ClassCastException。

final 在继承中的作用

• final 类：不能被继承（如 java.lang.String、java.lang.Math）。
• final 方法：不能被子类重写。常用于工具类中的敏感逻辑或构造器调用的「模板方法」步骤。
• final 字段：与继承无关，表示值不可变。

小结

• 继承用 extends，子类通过 super() 调用父类构造器（必须第一行），通过 super.method() 调用父类被重写的方法。
• 方法重写要求签名相同、访问权限不缩小、返回类型协变；@Override 注解可防手误。
• 多态使父类型引用调用子类重写方法，是 OO 设计实现"开闭原则"的基础手段。
• 向下转型前用 instanceof 检查类型，Java 16+ 支持模式匹配语法；转型失败抛出 ClassCastException。
• final 类不能继承，final 方法不能重写，合理使用可提升 API 安全性。
• 易错：子类构造器中如果父类没有无参构造器，必须显式 super(参数)，否则编译不通过。另外，在构造器中不要调用可被重写的方法——此时子类尚未完全初始化。
• 思考任务：定义 Shape → Circle → ColoredCircle 三层继承，每层 speak() 打印不同信息；用父类型变量引用子类对象，观察多态行为。

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贡献者: 布欧-Lewyon