《Java编程的逻辑》笔记 17 - 继承实现的基本原理

继承实现的基本原理.png

例子

  • base类
public class Base {
            public static int s;
            private int a;
            static {
                System.out.println("基类静态代码块, s: "+s);
                s = 1;
            }
            {
                System.out.println("基类实例代码块, a: "+a);
                a = 1;
            }
            public Base(){
                System.out.println("基类构造方法, a: "+a);
                a = 2;
            }
            protected void step(){
                System.out.println("base s: " + s +", a: "+a);
            }
            public void action(){
                System.out.println("start");
                step();
                System.out.println("end");
            }
        }
  • 子类
public class Child extends Base {
            public static int s;
            private int a;
            static {
                System.out.println("子类静态代码块, s: "+s);
                s = 10;
            }
            {
                System.out.println("子类实例代码块, a: "+a);
                  a = 10;
              }
              public Child(){
                  System.out.println("子类构造方法, a: "+a);
                  a = 20;
              }
              protected void step(){
                  System.out.println("child s: " + s +", a: "+a);
              }
          }


  • main方法
public static void main(String[] args) {
            System.out.println("---- new Child()");
            Child c = new Child();
            System.out.println("\n---- c.action()");
            c.action();
            Base b = c;
            System.out.println("\n---- b.action()");
            b.action();
            System.out.println("\n---- b.s: " + b.s);
            System.out.println("\n---- c.s: " + c.s);
        }


  • 输出结果

---- new Child()
基类静态代码块, s: 0
子类静态代码块, s: 0
基类实例代码块, a: 0
基类构造方法, a: 1
子类实例代码块, a: 0
子类构造方法, a: 10

---- c.action()
start
child s: 10, a: 20
end

---- b.action()
start
child s: 10, a: 20
end

---- b.s: 1

---- c.s: 10

类的加载

  • 一个类的主要信息
    (1)类变量(静态变量)
    (2)类初始化代码

定义静态变量时的赋值语句
静态初始化代码块
先执行父类的,再执行子类的
父类执行时,子类静态变量的值也是有的, 是默认值。对于默认值,我们之前说过, 数字型变量都是0,boolean是false, char是'\u0000',引用型变量是null。

(3)类方法(静态方法)
(4) 实例变量
(5)实例初始化代码

定义实例变量时的赋值语句
实例初始化代码块
构造方法

(6)实例方法
(7)父类信息引用

  • 类加载过程包括:
    (1)分配内存保存类的信息
    (2)给类变量赋默认值
    (3)加载父类
    (4)设置父子关系
    (5)执行类初始化代码

内存

(1)栈存放函数的局部变量
(2)堆存放动态分配的对象
(3)方法区放类的信息
(4)例子加载后内存示意图


image.png

对象创建的过程

new Child()就是创建Child对象
(1)分配内存
(2)对所有实例变量赋默认值
(3)执行实例初始化代码
分配的内存包括本类和所有父类的实例变量,但不包括任何静态变量。实例初始化代码的执行从父类开始,先执行父类的,再执行子类的。但在任何类执行初始化代码之前,所有实例变量都已设置完默认值
每个对象除了保存类的实例变量之外,还保存着实际类信息的引用。
Child c = new Child();会将新创建的Child对象引用赋给变量c,而Base b = c;会让b也引用这个Child对象
创建和赋值后,内存布局


image.png

方法调用

  • c.action()代码的执行过程
    (1)查看c的对象类型,找到Child类型,在Child类型中找action方法,发现没有,到父类中寻找
    (2)在父类Base中找到了方法action,开始执行action方法
    (3)action先输出了start,然后发现需要调用step()方法,就从Child类型开始寻找step方法
    (4)在Child类型中找到了step()方法,执行Child中的step()方法,执行完后返回action方法
    (5)继续执行action方法,输出end
    寻找要执行的实例方法的时候,是从对象的实际类型信息开始查找的,找不到的时候,再查找父类类型信息。
  • b.action()
    这句代码的输出和c.action是一样的,这称之为动态绑定, 而动态绑定实现的机制,就是根据对象的实际类型查找要执行的方法, 子类型中找不到的时候再查找父类。这里,因为b和c指向相同的对象, 所以执行结果是一样的。
  • 虚方法表
    所谓虚方法表,就是在类加载的时候,为每个类创建一个表, 这个表包括该类的对象所有动态绑定的方法及其地址, 包括父类的方法,但一个方法只有一条记录, 子类重写了父类方法后只会保留子类的。
image.png

对Child类型来说,action方法指向Base中的代码,toString方法指向Object中的代码,而step()指向本类中的代码。
这个表在类加载的时候生成,当通过对象动态绑定方法的时候,只需要查找这个表就可以了,而不需要挨个查找每个父类。

  • 变量访问
    对变量的访问是静态绑定的,无论是类变量还是实例变量。代码中演示的是类变量:b.s和c.s,通过对象访问类变量,系统会转换为直接访问类变量Base.s和Child.s。
    例子中的实例变量都是private的,不能直接访问,如果是public的,则b.a访问的是对象中Base类定义的实例变量a,而c.a访问的是对象中Child类定义的实例变量a。
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