Inheritance, Polymorphism and Classes of Other Kinds⚓︎

Inheritance⚓︎

继承(inheritance) 是面向对象设计方法论的重要组成部分，是一种将一个类的行为或实现定义为另一个类的超集的能力。通过继承，可以在类之间分享字段和方法。而在 Java 中，继承自然是一个关键的技术。

继承的语法如下：

class ThisClass extends SuperClass {
    // class body
}

• 继承与构造函数 (ctor)

  • 将继承特性视为嵌入的对象
  • 子类对象的一部分就是超类对象
  • 因此超类的那部分必须在子类初始化之前进行初始化，也就是说要先构造好基类
  • 如果没有向基类显式传递参数，那么就会调用默认构造函数
  • 对于带参的超类构造函数，使用 super 关键字来调用这个构造函数并传参

• 没有名称隐藏(name hiding)：Java 允许子类定义和超类名称相同但参数列表不同的方法，此时这个方法不会覆盖超类的同名方法

• 不会被继承的东西：

  • 构造函数
  • 私有数据被隐藏，但仍然存在

• 初始化和类加载

  • TBD

• 向上转型(upcasting)：

  • 将对象句柄当作其基类型的句柄来处理
  • 子类和超类的关系为：新类是现有类的一种类型

• 方法调用绑定(method call binding)：连接方法调用与方法体，应调用哪个函数？

  • 静态绑定(static binding)：按代码调用函数
  • 动态绑定(dynamic binding)：调用对象的函数

• 覆盖(override)

  • 当超类和子类的方法名和函数均相同时，子类方法会覆盖超类方法
  • 对字段、构造函数和私有方法不适用

Abstract Functions and Abstract Classes⚓︎

• 抽象类(abstract class) 是为了创建一个对所有从它派生的类的公共接口
• 抽象方法(abstract method) 是不完整的，只有声明，没有方法体；包含抽象方法的类就是抽象类

• 接口(interface)：完全的抽象类

  • 接口中的所有方法都是 public 的
  • 接口中所有的数据成员都是 public static final

  • 定义接口

    public interface InterfaceName extends BaseInterfaces
    

  • 从接口继承

    class ClassName implements interfaces
    

  • 接口可作为类使用

  • 一个接口可以继承自多个接口，但不能继承自类
  • 一个类可实现多个接口

• default：接口可以拥有包含函数体的“默认”函数

  public interface Greeting {
      // 普通抽象方法
      void sayHello(String name);
  
      // default 方法：带默认实现，实现类可复用也可覆盖
      default void sayHi(String name) {
          System.out.println("Hi, " + name + " (from default method)");
      }
  }
  
  class EnglishGreeting implements Greeting {
      @Override
      public void sayHello(String name) {
          System.out.println("Hello, " + name);
      }
  }
  

• 默认方法和子类化

  

  public interface Parent {
      public void message(String body);
      public default void welcome() { message("Parent: Hi!"); }
      public String getLastMessage();
  }
  
  public interface Child extends Parent {
      public default void welcome() { message("Child: Hi!"); }
  }
  

  • 更深层的情况：

    

• 多继承(multiple inheritance)：接口支持多重继承，可能会遇到两个接口都提供了具有相同签名的默认方法的情况

  public interface Jukebox {
      public default String rock() { return "... all over the world!"; }
  }
  public interface Carriage {
      public default String rock() { return "... from side to side"; }
  }
  public class MusicalCarriage implements Carriage, Jukebox {
      @Override
      public String rock() { return Carriage.super.rock(); }
  }
  

• 三条法则：

  1. 任何类都优于任何接口。所以如果超类链中有一个带有方法体或抽象声明的函数，我们可以完全忽略接口。
  2. 子类型优于超类型。如果我们有两个接口抢着提供默认方法，并且其中一个接口扩展另一个接口，此时子类获胜。
  3. 没有规则 3。如果前两条规则不能给我们答案，子类必须实现该方法或声明它为抽象。

• 接口中的静态方法

  • 属于接口本身，不被实现类继承，只能通过接口名调用，必须带方法体
  • 默认 public，不允许写 abstract，default，synchronized
  • 不能被实现类覆盖（因为压根不属于实现类）
  例子

  public interface MathUtils {
      int add(int a, int b); // 普通抽象方法
      static int max(int a, int b) { // 静态方法：工具方法，直接挂在接口上
          return a >= b ? a : b;
      }
  }
  class Demo implements MathUtils {
      @Override
      public int add(int a, int b) {
          return a + b;
      }
      public static void main(String[] args) {
          // 1. 抽象方法必须通过实例调用
          Demo d = new Demo();
          System.out.println(d.add(3, 4));          // 7
          // 2. 静态方法只能通过接口名调用
          System.out.println(MathUtils.max(5, 2));  // 5
          // 3. 以下写法均编译错误
          // d.max(5, 2);      // 错误：静态方法不属于实现类
          // Demo.max(5, 2);   // 错误
      }
  }
  

POJO and Records⚓︎

• POJO（简单老式 Java 对象 (plain old Java object)）是一种设计约定 / 编程风格：“除了业务字段和普通的 getter/setter，不依赖任何特定框架的接口、注解或继承”
• POJO = 只有私有字段 + 无参构造 + getter/setter + 不继承 / 实现框架类的纯净对象
• 2005 年 Gavin King 提出 POJO 概念，倡导“业务对象应该干净，框架功能通过配置或 AOP 织入”，随后 Hibernate、Spring 崛起，POJO 成为主流

public final class Point {
    private final int x;
    private final int y;
    public Point(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; }
    public int x() { return x; }
    public int y() { return y; }
    @Override public boolean equals(Object o) { ... }
    @Override public int hashCode() { ... }
    @Override public String toString() { ... }
}

记录(record)：

record Point(int x, int y) {}

• 编译器自动帮你生成：
  • 两个 private final 字段x , y
  • 全参构造器 Point(int x, int y)
  • 只读访问器（不叫 getX()，就叫 x()）
  • equals，hashCode，toString（按字段顺序实现）
  • 类本身被 final 修饰，不能再继承
• 记录是一种“数据载体”类的语法糖（从 Java 14 开始引入）
• 帮你少写样板代码，专门用来干净地、不可变地保存一组值

• 追加自定义：

  record Point(int x, int y) {
      // 1. 自定义构造器（必须最终调用自动生成的全参构造）
      public Point {
          if (x < 0 || y < 0) throw new IllegalArgumentException();
      }
      // 2. 额外方法
      public double distance(Point p) {
          return Math.sqrt(Math.pow(this.x - p.x, 2) + Math.pow(this.y - p.y, 2));
      }
      // 3. 实现接口
      public static final Comparator<Point> BY_X = Comparator.comparingInt(Point::x);
  }
  

  • 不能显式再声明字段（只能追加 static 字段）
  • 不能继承别的类（且已经隐式 final）

• 适用场景：

  • DTO / VO（接口返回体、MapStruct 映射）
  • 复合主键、坐标、经纬度、RGB 值等“小对象”
  • 函数式代码里需要快速组合 / 解构的数据块
  • 语义清晰，线程安全，自动equals /hashCode / toString，是 Java 走向现代简洁语法的重要一步

Enums⚓︎

语法：

enum Season { WINTER, SPRING, SUMMER, FALL }

• 运算
• 继承
• Java 的 enum 是一种类
• enum 中的常量项是这种类的固定对象
  • enum 不能 new 对象
• enum 可以有成员变量和成员函数
• enum 可以有构造函数，对象创建时可以指定构造函数参数
• 对象创建时可以声明匿名子类

• 用途：

  • 单件模式：enum 的对象在类装载时创建，保证其唯一性
  • 命令驱动模式：enum 可以方便地从字符串转换成枚举量，从而展开进一步的运算

• valueOf()

  • Java 为每个枚举自动生成的静态工具方法，用来把字符串转成对应的枚举常量

  enum Color { RED, GREEN, BLUE }
  Color c = Color.valueOf("RED");  // 返回 Color.RED
  System.out.println(c);           // RED
  
  enum Op {
      foward() {
          void run() {System.out.println("foward");}
      }
      backward() {
          void run() {System.out.println("backward");}
      }
      void run() {}
  }
  Op.valueOf(in.read()).run();
  

Inner Classes⚓︎

• 可以将一个类的定义放在另一个类的定义里面
• 方法内定义的类
• 方法内部作用域中定义的类

• 匿名内部类

  • 实现接口
  • 扩展带有非默认构造函数的类
  • 执行字段初始化
  • 通过实例初始化执行构造

• 作为成员，内部类可访问外部类的任何东西

• 覆盖内部类

Lambda Expression⚓︎

• lambda 表达式是一段可以传递的代码块，以便稍后单次或多次执行
• lambda 表达式是一种值，能够存储在变量中并传递给函数

import java.util.*;

public class LambdaExample1 {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = Arrays.asList("Charlie", "Alice", "Bob");
        // Before Java 8
        Collections.sort(names, new Comparator<String>() {
            @Override
            public int compare(String a, String b) {
                return a.compareTo(b);
            }
        });
        System.out.println("Sorted (old way): " + names);
        // With Lambda
        Collections.sort(names, (a, b) -> a.compareTo(b));
        System.out.println("Sorted (lambda): " + names);
    }
}

import java.util.*;
import java.util.function.Predicate;

public class LambdaExample2 {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);

        // Define a predicate using a lambda
        Predicate<Integer> isEven = n -> n % 2 == 0;

        // Use the predicate to filter numbers
        for (Integer n : numbers) {
            if (isEven.test(n)) {
                System.out.println(n + " is even");
            }
        }
    }
}

BinaryOperator<Long> add = (x,y) -> x+y;
System.out.println(add.apply(100L, 200L));

BinaryOperator<Long> addExp = (Long x,Long y) -> x+y;
System.out.println(addExp.apply(100L, 200L));

• 左边的三种参数形态可以和右边的三种代码形态交叉组合成一个 lambda 表达式

  左	->	右
  ()		x + y
  x		{;}
  (x, y)		{; return x}

Closure⚓︎

• 闭包(closure) 是由一个函数及其从周围作用域捕获的自由变量组成的组合

  • 函数：一段可执行的代码块
  • 自由变量：在函数内部使用但定义在函数外部的变量
  • 捕获：函数“记住”变量的值（或引用），即使在原始作用域消失后也是如此

• 简而言之：闭包是一个与其环境捆绑在一起的函数

• 闭包作为匿名类

  public class ClosureExample {
      public static void main(String[] args) {
          String greeting = "Hello"; // free variable
  
          Runnable r = new Runnable() {
              @Override
              public void run() {
                  System.out.println(greeting + " World");
              }
          };
          r.run();
      }
  }
  

• 闭包作为 lambda 表达式

  public class ClosureExample {
      public static void main(String[] args) {
          String greeting = "Hello"; // free variable
          Runnable r = () -> System.out.println(greeting + " World");
          r.run();
      }
  }
  

• Java 对闭包的限制

  • Java 只捕获 final 或实际上是 final 的变量（意味着变量在被捕获后不能重新赋值）

    int x = 10;
    Runnable r = () -> System.out.println(x);
    // x++; compile error, because `x` must be effectively final
    

  • Java 捕获变量的值，而不是变量引用本身

    • 而 JavaScript 的闭包可以直接修改外部变量

Functional Interface⚓︎

• 函数式接口(functional interface)：有一个函数的接口

  interface Func {
      void ff();
  }
  
  public class FuncInterface {
      public void app(Func f) {
          f.ff();
      }
      public static void main(String[] args) {
          FuncInterface fi = new FuncInterface();
          fi.app(()->System.out.println("Hello"));
      }
  }
  

• 任意 lambda 表达式的类型是一个函数式接口

• 系统库中的函数式接口

  ├── 0 参数
  │   └── Supplier<T> (返回值：T)
  ├── 1 参数
  │   ├── Predicate<T> (返回值：boolean)
  │   ├── Function<T,R> (返回值：R)
  │   ├── Consumer<T> (无返回值)
  │   ├── UnaryOperator<T> (T -> T, Function 特例)
  │   └── 基本类型专用
  │       ├── IntPredicate / LongPredicate / DoublePredicate
  │       ├── IntFunction<R> / LongFunction<R> / DoubleFunction<R>
  │       ├── IntConsumer / LongConsumer / DoubleConsumer
  │       ├── IntSupplier / LongSupplier / DoubleSupplier
  │       └── ToIntFunction<T> / ToLongFunction<T> / ToDoubleFunction<T>
  ├── 2 参数
  │   ├── BiPredicate<T,U> (返回值：boolean)
  │   ├── BiFunction<T,U,R> (返回值：R)
  │   ├── BiConsumer<T,U> (无返回值)
  │   ├── BinaryOperator<T> (T × T -> T, BiFunction 特例)
  │   └── 基本类型专用
  │       ├── ObjIntConsumer<T>
  │       ├── ObjLongConsumer<T>
  │       └── ObjDoubleConsumer<T>
  │
  └── 应用场景...
  

  • 基础型

    • Predicate<T>：接收一个参数，返回 boolean，常用来做条件判断

      Predicate<String> isEmpty = s -> s.isEmpty();
      Predicate<Integer> atLeast5 = x-> x>5;
      public inteface Predicate<T> {
          boolean test(T t);
      }
      

    • Function<T, R>：接收一个参数，返回一个结果，常用于数据转换

      Function<String, Integer> length = s -> s.length();
      

    • Consumer<T>：接收一个参数，没有返回值，常用于执行某些操作（打印、存储等）

      Consumer<String> print = s -> System.out.println(s);
      

    • Supplier<T>：不接收参数，返回一个结果，常用于提供数据

      Supplier<Double> random = () -> Math.random();
      

  • 运算型

    • UnaryOperator<T>：继承自 Function<T, T>，接收一个参数，返回相同类型的结果，常用于自我变换

      UnaryOperator<Integer> square = x -> x * x;
      

    • BinaryOperator<T>：继承自 BiFunction<T, T, T>，接收两个类型相同的参数，返回一个相同类型的结果，常用于聚合运算（比如 max/min）

      BinaryOperator<Integer> add = (a, b) -> a + b;
      BinaryOperator<Integer> addInt = (x,y) -> x+y;
      

  • 带两个参数的

    • BiPredicate<T, U>：接收两个参数，返回 boolean

      BiPredicate<String, Integer> longerThan = (s, len) -> s.length() > len;
      

    • BiFunction<T,U,R>：接收两个参数，返回一个结果

      BiFunction<Integer, Integer, String> sumToString = (a, b) -> "Sum=" + (a+b);
      

    • BiConsumer<T,U>：接收两个参数，没有返回值

      BiConsumer<String, Integer> printPair = (s, i) -> System.out.println(s + ":" + i);
      

  • 基本类型专用：Java 为了性能，提供了对 int，long，double 的专门版本，比如：

    • IntPredicate，IntFunction<R>，IntConsumer，IntSupplier
    • LongPredicate，LongFunction<R>，LongConsumer，LongSupplier
    • DoublePredicate，DoubleFunction<R>，DoubleConsumer，DoubleSupplier
    • ToIntFunction<T>，ToDoubleFunction<T>，ToLongFunction<T>
    • ObjIntConsumer<T>（接收一个对象和一个 int）

• 急切调用(eager call)：在 Java 中，当调用形如 \(y = f(x)\) 的函数时，\(x\) 的值会在调用 \(f()\) 之前就会被求解出来。特别地，当 \(x\) 是一个调用另一个函数 \(g()\) 的表达式时，即 \(y = f(g(x))\) 时，\(g(x)\) 应该要在调用 \(f()\) 之前被执行和调用。这就是急切调用。
• 懒惰调用(lazy call)：另一种方式是将整个函数调用 \(g(x)\) 传递给 \(f()\)，然后让它在 \(f()\) 的内部求解，因此叫做懒惰调用。此时 \(f()\) 接收的是函数接口而不是求解好的参数值

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