[TOC]
代码复用是面向对象编程（OOP）最具魅力的原因之一。
对于像 C 语言等面向过程语言来说，“复用”通常指的就是“复制代码”。任何语言都可通过简单复制来达到代码复用的目的，但是这样做的效果并不好。Java 围绕“类”（Class）来解决问题。我们可以直接使用别人构建或调试过的代码，而非创建新类、重新开始。
如何在不污染源代码的前提下使用现存代码是需要技巧的。在本章里，你将学习到两种方式来达到这个目的：
-
第一种方式直接了当。在新类中创建现有类的对象。这种方式叫做“组合”（Composition），通过这种方式复用代码的功能，而非其形式。
-
第二种方式更为微妙。通过现有类创建新类。照字面理解：采用现有类形式，又无需在编码时改动其代码，这种方式就叫做“继承”（Inheritance）。继承是面向对象编程（OOP）的重要基础之一。更多功能相关将在多态（Polymorphism）章节中介绍。
组合与继承的语法、行为上有许多相似的地方（这其实是有道理的，毕竟都是基于现有类型构建新的类型）。在本章中，你会学到这两种代码复用的方法。
在前面的学习中，“组合”（Composition）已经被多次使用。你仅需要把对象的引用（object references）放置在一个新的类里，这就使用了组合。例如，假设你需要一个对象，其中内置了几个 String 对象，两个基本类型（primitives）的属性字段，一个自定义 Class 的对象。对于非基本类型对象，将引用直接放置在 Class 中，对于基本类型属性字段则仅进行声明。
// reuse/SprinklerSystem.java
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// Composition for code reuse
class WaterSource {
private String s;
WaterSource() {
System.out.println("WaterSource()");
s = "Constructed";
}
@Override
public String toString() { return s; }
}
public class SprinklerSystem {
private String valve1, valve2, valve3, valve4;
private WaterSource source = new WaterSource();
private int i;
private float f;
@Override
public String toString() {
return
"valve1 = " + valve1 + " " +
"valve2 = " + valve2 + " " +
"valve3 = " + valve3 + " " +
"valve4 = " + valve4 + "\n" +
"i = " + i + " " + "f = " + f + " " +
"source = " + source; // [1]
}
public static void main(String[] args) {
SprinklerSystem sprinklers = new SprinklerSystem();
System.out.println(sprinklers);
}
}
/* Output:
WaterSource()
valve1 = null valve2 = null valve3 = null valve4 = null
i = 0 f = 0.0 source = Constructed
*/这两个类中定义的一个方法是特殊的: toString()。每个非原始类型对象都有一个 toString() 方法，在编译器需要字符串但它有对象的特殊情况下调用该方法。因此，在[1]中，编译器看到您试图“添加”一个 WaterSource 类型字符串对象 。因为您只能将一个字符串添加到另一个字符串中，所以它说，“我将通过调用 toString() 将 source 转换成一个字符串。然后，它可以组合这两个字符串并将结果字符串传递给 System.out.println()。要对创建的任何类允许这种行为，只需要编写一个 toString() 方法。在 toString() 上使用 @Override 注释来告诉编译器，以确保正确地覆盖。@Override 是可选的，但它有助于验证您没有拼写错误 (或者更微妙地说，大小写字母输入错误)。类中的基本类型的字段自动初始化为零，正如 object Everywhere 一章中所述。但是对象引用被初始化为 null，如果您尝试调用其任何一个方法，您将得到一个异常（一个运行时错误）。
编译器不只是为每个引用创建一个默认对象，这是有意义的，因为在许多情况下，这会导致不必要的开销。初始化引用有四种方法:
- 当对象被定义时。这意味着它们总是在调用构造函数之前初始化。
- 在该类的构造函数中。
- 在实际使用对象之前。这通常称为延迟初始化。在对象创建开销大且不需要每次都创建对象的情况下，它可以减少开销。
- 使用实例初始化。
以上四种实例创建的方法例子在这：
// reuse/Bath.java
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// Constructor initialization with composition
class Soap {
private String s;
Soap() {
System.out.println("Soap()");
s = "Constructed";
}
@Override
public String toString() { return s; }
}
public class Bath {
private String // Initializing at point of definition:
s1 = "Happy",
s2 = "Happy",
s3, s4;
private Soap castille;
private int i;
private float toy;
public Bath() {
System.out.println("Inside Bath()");
s3 = "Joy";
toy = 3.14f;
castille = new Soap();
}
// Instance initialization:
{ i = 47; }
@Override
public String toString() {
if(s4 == null) // Delayed initialization:
s4 = "Joy";
return
"s1 = " + s1 + "\n" +
"s2 = " + s2 + "\n" +
"s3 = " + s3 + "\n" +
"s4 = " + s4 + "\n" +
"i = " + i + "\n" +
"toy = " + toy + "\n" +
"castille = " + castille;
}
public static void main(String[] args) {
Bath b = new Bath();
System.out.println(b);
}
}
/* Output:
Inside Bath()
Soap()
s1 = Happy
s2 = Happy
s3 = Joy
s4 = Joy
i = 47
toy = 3.14
castille = Constructed
*/在 Bath 构造函数中，在初始化发生。当您不在定义处初始化时，仍然不能保证在向对象引用发送消息之前执行任何初始化——如果您试图对未初始化的引用调用方法，则未初始化的引用将产生运行时异常。
当调用 toString() 时，它将赋值 s4，以便在使用字段的时候进行初始化。
继承是所有面向对象语言的一个组成部分。事实证明，在创建类时总是要继承，因为除非显式地继承其他类，否则就隐式地继承 Java 的标准根类对象（Object）。
组合的语法很明显，但是继承使用了一种特殊的语法。当您继承时，您说，“这个新类与那个旧类类似。您可以在类主体的左大括号前的代码中声明这一点，使用关键字 extends 后跟基类的名称。当您这样做时，您将自动获得基类中的所有字段和方法。这里有一个例子:
// reuse/Detergent.java
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// Inheritance syntax & properties
class Cleanser {
private String s = "Cleanser";
public void append(String a) { s += a; }
public void dilute() { append(" dilute()"); }
public void apply() { append(" apply()"); }
public void scrub() { append(" scrub()"); }
@Override
public String toString() { return s; }
public static void main(String[] args) {
Cleanser x = new Cleanser();
x.dilute(); x.apply(); x.scrub();
System.out.println(x);
}
}
public class Detergent extends Cleanser {
// Change a method:
@Override
public void scrub() {
append(" Detergent.scrub()");
super.scrub(); // Call base-class version
}
// Add methods to the interface:
public void foam() { append(" foam()"); }
// Test the new class:
public static void main(String[] args) {
Detergent x = new Detergent();
x.dilute();
x.apply();
x.scrub();
x.foam();
System.out.println(x);
System.out.println("Testing base class:");
Cleanser.main(args);
}
}
/* Output:
Cleanser dilute() apply() Detergent.scrub() scrub()
foam()
Testing base class:
Cleanser dilute() apply() scrub()
*/这演示了一些特性。首先，在 Cleanser append() 方法中，使用 += 操作符将字符串连接到 s，这是 Java 设计人员“重载”来处理字符串的操作符之一 (还有 + )。
第二，Cleanser 和 Detergent 都包含一个 main() 方法。您可以为每个类创建一个 main() ; 这允许对每个类进行简单的测试。当您完成测试时，不需要删除 main() ; 您可以将其留在以后的测试中。即使程序中有很多类，惟一 运行的 main() 也是在命令行上调用的 main()。这里，当您使用 java Detergent 时候，调用了 Detergent.main()。但是您也可以使用 java Cleanser 来调用 Cleanser.main() ，即使 Cleanser 不是一个公共类。即使类具只有包访问权，也可以访问 public main()。
在这里，**Detergent.main() **显式地调用 Cleanser.main() ，从命令行传递相同的参数(当然，您可以传递任何字符串数组)。
Cleanser 中的所有方法都是公开的。请记住，如果不使用任何访问说明符，则成员默认为包访问，这只允许访问包成员。因此，在这个包中，如果没有访问说明符，任何人都可以使用这些方法。例如，Detergent 就没有问题。但是，如果要从 Cleanser 继承其他包中的类，则该类只能访问公共成员。因此，为了允许继承，一般规则是所有字段为私有，所有方法为公共。(受保护成员也允许派生类访问;你以后会知道的。)在特定的情况下，您必须进行调整，但这是一个有用的指南。
Cleanser 的接口中有一组方法: append()、dilute()、apply()、scrub() 和 toString()。因为 Detergent 是从 Cleanser 派生的(通过 extends 关键字)，所以它会在其接口中自动获取所有这些方法，即使您没有在 Detergent 中看到所有这些方法的显式定义。你那么，可以把继承看作是重用类。如在 scrub() 中所见，可以使用基类中定义的方法并修改它。在这里，您可以从新版本中的基类中调用该方法。但是在 scrub() 内部，不能简单地调用 scrub()，因为这会产生递归调用。为了解决这个问题，Java的 super 关键字引用了当前类继承的“超类”(基类)。因此表达式 super.scrub() 调用方法 scrub() 的基类版本。
继承时，您不受限于使用基类的方法。您还可以像向类添加任何方法一样向派生类添加新方法:只需定义它。方法 foam() 就是一个例子。Detergent.main() 中可以看到，对于 Detergent 对象，您可以调用 Cleanser 和 Detergent 中可用的所有方法 (如 foam() )。
现在涉及到两个类:基类和派生类。想象派生类生成的结果对象可能会让人感到困惑。从外部看，新类与基类具有相同的接口，可能还有一些额外的方法和字段。但是继承并不只是复制基类的接口。当您创建派生类的对象时，它包含基类的子对象。这个子对象与您自己创建基类的对象是一样的。只是从外部看，基类的子对象被包装在派生类的对象中。
必须正确初始化基类子对象，而且只有一种方法可以保证这一点 : 通过调用基类构造函数在构造函数中执行初始化，该构造函数具有执行基类初始化所需的所有适当信息和特权。Java 自动在派生类构造函数中插入对基类构造函数的调用。下面的例子展示了三个层次的继承:
// reuse/Cartoon.java
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// Constructor calls during inheritance
class Art {
Art() {
System.out.println("Art constructor");
}
}
class Drawing extends Art {
Drawing() {
System.out.println("Drawing constructor");
}
}
public class Cartoon extends Drawing {
public Cartoon() {
System.out.println("Cartoon constructor");
}
public static void main(String[] args) {
Cartoon x = new Cartoon();
}
}
/* Output:
Art constructor
Drawing constructor
Cartoon constructor
*/构造从基类“向外”进行，因此基类在派生类构造函数能够访问它之前进行初始化。即使不为 Cartoon 创建构造函数，编译器也会为您合成一个无参数构造函数，调用基类构造函数。尝试删除 Cartoon 构造函数来查看这个。
上面的所有例子中构造函数都是无参数的 ; 编译器很容易调用这些构造函数，因为不需要参数。如果没有无参数的基类构造函数，或者必须调用具有参数的基类构造函数，则必须使用 super 关键字和适当的参数列表显式地编写对基类构造函数的调用:
// reuse/Chess.java
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// Inheritance, constructors and arguments
class Game {
Game(int i) {
System.out.println("Game constructor");
}
}
class BoardGame extends Game {
BoardGame(int i) {
super(i);
System.out.println("BoardGame constructor");
}
}
public class Chess extends BoardGame {
Chess() {
super(11);
System.out.println("Chess constructor");
}
public static void main(String[] args) {
Chess x = new Chess();
}
}
/* Output:
Game constructor
BoardGame constructor
Chess constructor
*/如果没有在 BoardGame 构造函数中调用基类构造函数，编译器就会报错找不到 Game() 的构造函数。此外，对基类构造函数的调用必须是派生类构造函数中的第一个操作。(如果你写错了，编译器会提醒你。)
Java不直接支持的第三种重用关系称为委托。这介于继承和组合之间，因为您将一个成员对象放在正在构建的类中(比如组合)，但同时又在新类中公开来自成员对象的所有方法(比如继承)。例如，宇宙飞船需要一个控制模块:
// reuse/SpaceShipControls.java
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public class SpaceShipControls {
void up(int velocity) {}
void down(int velocity) {}
void left(int velocity) {}
void right(int velocity) {}
void forward(int velocity) {}
void back(int velocity) {}
void turboBoost() {}
}建造宇宙飞船的一种方法是使用继承:
// reuse/DerivedSpaceShip.java
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public class
DerivedSpaceShip extends SpaceShipControls {
private String name;
public DerivedSpaceShip(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String toString() { return name; }
public static void main(String[] args) {
DerivedSpaceShip protector =
new DerivedSpaceShip("NSEA Protector");
protector.forward(100);
}
}然而， DerivedSpaceShip 并不是真正的“一种” SpaceShipControls ，即使您“告诉” DerivedSpaceShip 调用 forward() 。更准确地说，一艘宇宙飞船包含了 **SpaceShipControls **，同时 SpaceShipControls 中的所有方法都暴露在宇宙飞船中。委托解决了这个难题:
// reuse/SpaceShipDelegation.java
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public class SpaceShipDelegation {
private String name;
private SpaceShipControls controls =
new SpaceShipControls();
public SpaceShipDelegation(String name) {
this.name = name;
}
// Delegated methods:
public void back(int velocity) {
controls.back(velocity);
}
public void down(int velocity) {
controls.down(velocity);
}
public void forward(int velocity) {
controls.forward(velocity);
}
public void left(int velocity) {
controls.left(velocity);
}
public void right(int velocity) {
controls.right(velocity);
}
public void turboBoost() {
controls.turboBoost();
}
public void up(int velocity) {
controls.up(velocity);
}
public static void main(String[] args) {
SpaceShipDelegation protector =
new SpaceShipDelegation("NSEA Protector");
protector.forward(100);
}
}方法被转发到底层 control 对象，因此接口与继承的接口是相同的。但是，您对委托有更多的控制，因为您可以选择只在成员对象中提供方法的子集。
虽然Java语言不支持委托，但是开发工具常常支持。例如，上面的例子是使用 JetBrains Idea IDE 自动生成的。
您将经常同时使用组合和继承。下面的例子展示了使用继承和组合创建类，以及必要的构造函数初始化:
// reuse/PlaceSetting.java
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// Combining composition & inheritance
class Plate {
Plate(int i) {
System.out.println("Plate constructor");
}
}
class DinnerPlate extends Plate {
DinnerPlate(int i) {
super(i);
System.out.println("DinnerPlate constructor");
}
}
class Utensil {
Utensil(int i) {
System.out.println("Utensil constructor");
}
}
class Spoon extends Utensil {
Spoon(int i) {
super(i);
System.out.println("Spoon constructor");
}
}
class Fork extends Utensil {
Fork(int i) {
super(i);
System.out.println("Fork constructor");
}
}
class Knife extends Utensil {
Knife(int i) {
super(i);
System.out.println("Knife constructor");
}
}
// A cultural way of doing something:
class Custom {
Custom(int i) {
System.out.println("Custom constructor");
}
}
public class PlaceSetting extends Custom {
private Spoon sp;
private Fork frk;
private Knife kn;
private DinnerPlate pl;
public PlaceSetting(int i) {
super(i + 1);
sp = new Spoon(i + 2);
frk = new Fork(i + 3);
kn = new Knife(i + 4);
pl = new DinnerPlate(i + 5);
System.out.println("PlaceSetting constructor");
}
public static void main(String[] args) {
PlaceSetting x = new PlaceSetting(9);
}
}
/* Output:
Custom constructor
Utensil constructor
Spoon constructor
Utensil constructor
Fork constructor
Utensil constructor
Knife constructor
Plate constructor
DinnerPlate constructor
PlaceSetting constructor
*/尽管编译器强制您初始化基类，并要求您在构造函数的开头就初始化基类，但它并不监视您以确保您初始化了成员对象。注意类是如何干净地分离的。你甚至不需要方法重用代码的源代码。您最多只导入一个包。(这对于继承和组合都是正确的。)
Java 没有 c++ 中析构函数的概念，析构函数是在对象被销毁时自动调用的方法。原因可能是，在Java中，实践只会忘记对象而不是销毁它们，从而允许垃圾收集器根据需要回收内存。通常这是可以的，但是有时您的类可能在其生命周期中执行一些需要清理的活动。Housekeeping 章节解释说，您不能知道何时调用垃圾收集器，甚至不能知道是否调用了它。因此，如果您想为类清理一些东西，您必须显式地编写一个特殊的方法来完成它，并确保客户机程序员知道他们必须调用这个方法。最重要的是——正如在 Exceptions 章节中描述的——您必须通过在 **finally **子句中放置此类清理来防止异常。
请考虑一个在屏幕上绘制图片的计算机辅助设计系统的例子:
// reuse/CADSystem.java
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// Ensuring proper cleanup
// {java reuse.CADSystem}
package reuse;
class Shape {
Shape(int i) {
System.out.println("Shape constructor");
}
void dispose() {
System.out.println("Shape dispose");
}
}
class Circle extends Shape {
Circle(int i) {
super(i);
System.out.println("Drawing Circle");
}
@Override
void dispose() {
System.out.println("Erasing Circle");
super.dispose();
}
}
class Triangle extends Shape {
Triangle(int i) {
super(i);
System.out.println("Drawing Triangle");
}
@Override
void dispose() {
System.out.println("Erasing Triangle");
super.dispose();
}
}
class Line extends Shape {
private int start, end;
Line(int start, int end) {
super(start);
this.start = start;
this.end = end;
System.out.println(
"Drawing Line: " + start + ", " + end);
}
@Override
void dispose() {
System.out.println(
"Erasing Line: " + start + ", " + end);
super.dispose();
}
}
public class CADSystem extends Shape {
private Circle c;
private Triangle t;
private Line[] lines = new Line[3];
public CADSystem(int i) {
super(i + 1);
for(int j = 0; j < lines.length; j++)
lines[j] = new Line(j, j*j);
c = new Circle(1);
t = new Triangle(1);
System.out.println("Combined constructor");
}
@Override
public void dispose() {
System.out.println("CADSystem.dispose()");
// The order of cleanup is the reverse
// of the order of initialization:
t.dispose();
c.dispose();
for(int i = lines.length - 1; i >= 0; i--)
lines[i].dispose();
super.dispose();
}
public static void main(String[] args) {
CADSystem x = new CADSystem(47);
try {
// Code and exception handling...
} finally {
x.dispose();
}
}
}
/* Output:
Shape constructor
Shape constructor
Drawing Line: 0, 0
Shape constructor
Drawing Line: 1, 1
Shape constructor
Drawing Line: 2, 4
Shape constructor
Drawing Circle
Shape constructor
Drawing Triangle
Combined constructor
CADSystem.dispose()
Erasing Triangle
Shape dispose
Erasing Circle
Shape dispose
Erasing Line: 2, 4
Shape dispose
Erasing Line: 1, 1
Shape dispose
Erasing Line: 0, 0
Shape dispose
Shape dispose
*/这个系统中的所有东西都是某种 Shape (它本身是一种 Object，因为它是从根类隐式继承的) 。除了使用 super 调用该方法的基类版本外，每个类还覆盖 Shapes dispose() 方法。特定的 Shape 类——Circle、Triangle 和 Line，都有 “draw” 构造函数，尽管在对象的生命周期中调用的任何方法都可以负责做一些需要清理的事情。每个类都有自己的 dispose() 方法来将非内存的内容恢复到对象存在之前的状态。
在 main() 中，有两个关键字是您以前没有见过的，在 exception 一章之前不会详细解释: try 和 finally。try关键字表示后面的块 (用花括号分隔 )是一个受保护的区域，这意味着它得到了特殊处理。其中一个特殊处理是，无论 try 块如何退出，在这个保护区域之后的 finally 子句中的代码总是被执行。(通过异常处理，可以用许多不同寻常的方式留下 try 块。)这里，finally 子句的意思是，“无论发生什么，始终调用 dispose() for x。”
在清理方法 (在本例中是 dispose() ) 中，还必须注意基类和成员对象清理方法的调用顺序，以防一个子对象依赖于另一个子对象。首先，按创建的相反顺序执行特定于类的所有清理工作。(一般来说，这要求基类元素仍然是可访问的。) 然后调用基类清理方法，如这所示。
在很多情况下，清理问题不是问题；您只需要让垃圾收集器来完成这项工作。但是，当您必须执行显式清理时，就需要勤奋和注意，因为在垃圾收集方面没有什么可以依赖的。可能永远不会调用垃圾收集器。如果是，它可以按照它想要的任何顺序回收对象。除了内存回收外，您不能依赖垃圾收集来做任何事情。如果希望进行清理，可以使用自己的清理方法，不要使用 finalize()。
如果 Java 基类的方法名多次重载，则在派生类中重新定义该方法名不会隐藏任何基类版本。不管方法是在这个级别定义的，还是在基类中定义的，重载都会起作用:
// reuse/Hide.java
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// Overloading a base-class method name in a derived
// class does not hide the base-class versions
class Homer {
char doh(char c) {
System.out.println("doh(char)");
return 'd';
}
float doh(float f) {
System.out.println("doh(float)");
return 1.0f;
}
}
class Milhouse {}
class Bart extends Homer {
void doh(Milhouse m) {
System.out.println("doh(Milhouse)");
}
}
public class Hide {
public static void main(String[] args) {
Bart b = new Bart();
b.doh(1);
b.doh('x');
b.doh(1.0f);
b.doh(new Milhouse());
}
}
/* Output:
doh(float)
doh(char)
doh(float)
doh(Milhouse)
*/Bart 的所有重载方法在 Bart 中都是可用的，尽管 Bart 引入了一种新的重载方法。在下一章中您将看到，使用与基类中完全相同的签名和返回类型覆盖相同名称的方法要常见得多。否则就会令人困惑。
您已经看到了Java 5 **@Override **注释，它不是关键字，但是可以像使用关键字一样使用它。当你打算重写一个方法时，你可以选择添加这个注释，如果你不小心用了重载而不是重写，编译器会产生一个错误消息:
// reuse/Lisa.java
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// {WillNotCompile}
class Lisa extends Homer {
@Override void doh(Milhouse m) {
System.out.println("doh(Milhouse)");
}
}{WillNotCompile} 标记将该文件排除在本书的 Gradle 构建之外，但是如果您手工编译它，您将看到:方法不会覆盖超类中的方法， @Override 注释防止您意外地重载。