面向对象（下）：继承、super、final、抽象、接口、多态、Object 与内部类
当两个类有相似行为时，是继承一个父类，还是把公共功能交给另一个对象？这一章不只介绍语法，也讨论这种选择。先看重写和多态怎样影响实际调用，再判断抽象类、接口和组合各适合什么场景。
课件来源：《第4章 面向对象(下).pptx》。本文逐项覆盖课件目录，并依据 Java SE 26、JDK 25 LTS 及相关官方文档补充现代工程实践。
本章覆盖课件中的继承与重写、super、final、抽象类、接口、多态、类型转换、Object 和四类内部类，并从组合优先和契约设计角度校准。
1. 学习目标
- 理解继承的 is-a 约束与组合的 has-a 关系。
- 掌握重写、动态分派、向上/向下转型和模式匹配。
- 正确实现 equals/hashCode/toString。
- 选择抽象类、接口、sealed hierarchy 和内部类。
2. 知识结构
3. 逐项详解
1. 继承与 is-a 关系
extends 建立子类型关系，子类继承可访问成员并可增加行为。Java 类只支持单继承，但接口可多实现。继承必须满足里氏替换：使用父类型的代码不应因替换为子类而破坏契约。
工程理解： 共享实现并不是采用继承的充分理由；优先组合与委托，把变化点放在小接口后。
常见误区： 为了复用几行代码建立脆弱继承树，或子类加强前置条件、削弱后置条件。
2. 方法重写与动态分派
重写要求实例方法签名兼容，返回类型可协变，访问级别不可更严格，受检异常不可更宽。运行时根据实际对象类型选择重写方法；字段和 static 方法不参与这种动态分派。
工程理解： 始终使用 @Override 让编译器检查；父类契约应写清副作用和异常。
常见误区： 把重载与重写混淆，或以为 static 方法会多态。
3. super 与父类构造
super.member 用于访问父类中可访问的成员，例如调用被重写的父类方法。构造器规则要按 Java 版本理解：“显式 super(...) 或 this(...) 必须放在第一条语句”是旧教程的规则，Java 25 已正式支持灵活构造器体。
现在可以先检查参数、计算局部变量，再调用父类构造器。好处是无效参数可以在进入父类构造逻辑前被拒绝。不过这段前置代码处于“早期构造上下文”，不是一个已经可自由使用的对象：实例方法调用、实例字段读取等仍受限制；允许的本类字段赋值也要遵循具体规则。日常代码先用参数校验和局部计算这两种简单用途，不要把任意业务逻辑搬到 super(...) 前面。
例如，Child(int n) 可先执行 if (n < 0) throw new IllegalArgumentException();，再执行 super(n);。父类构造器返回后，才继续子类的实例初始化器及构造器后续部分；不要再概括成“所有子类代码都在父类构造后运行”。版本和限制见 Java 25 灵活构造器体。
工程理解： 父类构造期间避免调用可重写方法，否则子类字段尚未初始化。
常见误区： 认为子类继承了父类构造器，或在构造器中访问未完成初始化的多态状态。
4. final 的三种语义
final 类不可继承，final 实例方法不可重写，final 变量只能赋值一次。final 引用仍可能指向可变对象；真正不可变还要求状态私有、无可变泄漏和线程安全发布。
工程理解： 值对象和不可变配置优先 final 字段；设计扩展点时只开放有稳定契约的方法。
常见误区： 把 final 引用与深度不可变对象等同。
5. 抽象类
抽象类可包含状态、构造器、具体方法和抽象方法，适合同一族对象共享不变量与部分实现。抽象类不能直接实例化，但其构造器会在子类构造过程中执行。
工程理解： 模板方法适用于骨架稳定、个别步骤变化的算法；扩展点要小而明确。
常见误区： 用巨型抽象基类承载所有公共代码，迫使无关子类继承无用能力。
6. 接口与默认方法
接口描述调用者可依赖的能力契约，可包含抽象方法、default、static 和 private 方法以及常量。类可实现多个接口；冲突 default 方法需显式解决。
工程理解： 接口按使用者需要划分，避免“万能 Service”；default 方法主要用于兼容演进。
常见误区： 把接口当作只有常量的容器，或让所有实现依赖庞大的接口。
7. 多态、向上转型与向下转型
子类引用赋给父类型是安全的向上转型；向下转型需保证实际对象兼容，否则抛出 ClassCastException。现代 instanceof Type variable 可同时判断并绑定变量。
工程理解： 大量类型判断通常说明多态边界或领域建模需要重构；sealed 类型配合 switch 可表达封闭状态集合。
常见误区： 只根据变量声明类型判断实际对象，或无检查地强制向下转型。
8. Object 契约
所有类最终继承 Object。equals 应满足自反、对称、传递、一致和非空；相等对象必须有相同 hashCode。toString 用于可读诊断，但不得泄露密码和令牌。
工程理解： 值对象同时实现 equals/hashCode；实体通常按稳定身份比较；可用 record 自动生成基于组件的实现。
常见误区： 只重写 equals 不重写 hashCode，导致 HashMap/HashSet 行为异常。
9. 成员、局部、静态与匿名内部类
非静态成员内部类持有外部实例；静态嵌套类不持有；局部类作用域限于块；匿名类创建一次性子类/接口实现。局部捕获变量必须是 final 或 effectively final。
工程理解： 无外部实例需求时优先 static 嵌套类；单方法接口的短行为优先 lambda。
常见误区： 非静态内部类意外延长外部对象生命周期，或用匿名类替代清晰可复用类型。
3.9 完整可运行练习：接口、多态与组合
保存为 PolymorphismDemo.java，执行 java PolymorphismDemo.java（JDK 21+）。下面只模拟展示价格，不连接真实支付服务。
public class PolymorphismDemo {
interface PriceRule { long price(long cents); }
static final class Regular implements PriceRule {
public long price(long cents) { return cents; }
}
static final class TenOff implements PriceRule {
public long price(long cents) { return Math.max(0, cents - 1000); }
}
static final class Checkout {
private final PriceRule rule;
Checkout(PriceRule rule) { this.rule = java.util.Objects.requireNonNull(rule); }
long quote(long cents) {
if (cents < 0) throw new IllegalArgumentException("金额不能为负");
return rule.price(cents);
}
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(new Checkout(new Regular()).quote(2500)); // 2500
System.out.println(new Checkout(new TenOff()).quote(2500)); // 1500
}
}
Checkout 保存的字段类型始终是 PriceRule，调用的却是实际对象实现的方法，这就是此处的动态分派。结算类通过持有规则对象实现组合，不必继承每一种价格规则，也不需要按具体类型写分支。
试着添加“满 5000 分减 1000 分”的实现，再测试 4999、5000、5001 三个边界。注意契约：上例约定 Checkout 会检查输入，规则实现必须对非负输入返回非负报价。接口写出方法形状，文字契约和测试补充编译器无法证明的业务含义。
4. 现代 Java 校准
- 使用
@Override、模式匹配instanceof、record 和 sealed class/interface 可以降低经典 OOP 样板。 - 接口的 default 方法不是多继承状态；它仍然不提供实例字段。
- 组合优先并非排斥继承，而是要求继承确实表达稳定子类型。
- HashMap/HashSet 中对象的相等字段在作为 key 期间应保持稳定。
5. 实践任务
- 为多种支付方式设计小接口，用组合替代 if/else 类型判断。
- 实现不可变 Money record，并测试 equals/hashCode。
- 制造一次错误的向下转型，再用模式匹配和 sealed hierarchy 消除。
6. 掌握检查
- 能区分重载、重写、隐藏和动态分派。
- 能说明接口与抽象类的选择条件。
- 能正确实现 equals/hashCode 契约。
- 能解释四类内部类对外部实例和局部变量的捕获。