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在前面的章节中，我们已经定义了 Person 类：
class Person {private String name;
private int age;
public String getName() {...}
public void setName(String name) {...}
public int getAge() {...}
public void setAge(int age) {...}
}
现在，假设需要定义一个 Student 类，字段如下：
class Student {private String name;
private int age;
private int score;
public String getName() {...}
public void setName(String name) {...}
public int getAge() {...}
public void setAge(int age) {...}
public int getScore() {…}
public void setScore(int score) {…}
}
仔细观察，发现 Student 类包含了 Person 类已有的字段和方法，只是多出了一个 score 字段和相应的 getScore()、setScore() 方法。
能不能在 Student 中不要写重复的代码？
这个时候，继承就派上用场了。
继承是面向对象编程中非常强大的一种机制，它首先可以复用代码。当我们让 Student 从Person继承时，Student就获得了 Person 的所有功能，我们只需要为 Student 编写新增的功能。
Java 使用 extends 关键字来实现继承：
class Person {private String name;
private int age;
public String getName() {...}
public void setName(String name) {...}
public int getAge() {...}
public void setAge(int age) {...}
}
class Student extends Person {// 不要重复 name 和 age 字段 / 方法,
// 只需要定义新增 score 字段 / 方法:
private int score;
public int getScore() {…}
public void setScore(int score) {…}
}
可见，通过继承，Student只需要编写额外的功能，不再需要重复代码。
注意
子类自动获得了父类的所有字段，严禁定义与父类重名的字段！
在 OOP 的术语中，我们把 Person 称为超类（super class），父类（parent class），基类（base class），把 Student 称为子类（subclass），扩展类（extended class）。
继承树
注意到我们在定义 Person 的时候，没有写 extends。在 Java 中，没有明确写extends 的类，编译器会自动加上 extends Object。所以，任何类，除了Object，都会继承自某个类。下图是Person、Student 的继承树：
┌───────────┐
│ Object │
└───────────┘
▲
│
┌───────────┐
│ Person │
└───────────┘
▲
│
┌───────────┐
│ Student │
└───────────┘
Java 只允许一个 class 继承自一个类，因此，一个类有且仅有一个父类。只有 Object 特殊，它没有父类。
类似的，如果我们定义一个继承自 Person 的Teacher，它们的继承树关系如下：
┌───────────┐
│ Object │
└───────────┘
▲
│
┌───────────┐
│ Person │
└───────────┘
▲ ▲
│ │
│ │
┌───────────┐ ┌───────────┐
│ Student │ │ Teacher │
└───────────┘ └───────────┘
protected
继承有个特点，就是子类无法访问父类的 private 字段或者 private 方法。例如，Student类就无法访问 Person 类的 name 和age字段：
class Person {private String name;
private int age;
}
class Student extends Person {public String hello() {return "Hello," + name; // 编译错误：无法访问 name 字段
}
}
这使得继承的作用被削弱了。为了让子类可以访问父类的字段，我们需要把 private 改为 protected。用protected 修饰的字段可以被子类访问：
class Person {protected String name;
protected int age;
}
class Student extends Person {public String hello() {return "Hello," + name; // OK!
}
}
因此，protected关键字可以把字段和方法的访问权限控制在继承树内部，一个 protected 字段和方法可以被其子类，以及子类的子类所访问，后面我们还会详细讲解。
super
super关键字表示父类（超类）。子类引用父类的字段时，可以用super.fieldName。例如：
class Student extends Person {public String hello() {return "Hello," + super.name;
}
}
实际上，这里使用 super.name，或者this.name，或者name，效果都是一样的。编译器会自动定位到父类的name 字段。
但是，在某些时候，就必须使用super。我们来看一个例子：
// super
public class Main {public static void main(String[] args) {Student s = new Student("Xiao Ming", 12, 89);
}
}
class Person {protected String name;
protected int age;
public Person(String name, int age) {this.name = name;
this.age = age;
}
}
class Student extends Person {protected int score;
public Student(String name, int age, int score) {this.score = score;
}
}
运行上面的代码，会得到一个编译错误，大意是在 Student 的构造方法中，无法调用 Person 的构造方法。
这是因为在 Java 中，任何 class 的构造方法，第一行语句必须是调用父类的构造方法。如果没有明确地调用父类的构造方法，编译器会帮我们自动加一句 super();，所以，Student 类的构造方法实际上是这样：
class Student extends Person {protected int score;
public Student(String name, int age, int score) {super(); // 自动调用父类的构造方法
this.score = score;
}
}
但是，Person类并没有无参数的构造方法，因此，编译失败。
解决方法是调用 Person 类存在的某个构造方法。例如：
class Student extends Person {protected int score;
public Student(String name, int age, int score) {super(name, age); // 调用父类的构造方法 Person(String, int)
this.score = score;
}
}
这样就可以正常编译了！
因此我们得出结论：如果父类没有默认的构造方法，子类就必须显式调用 super() 并给出参数以便让编译器定位到父类的一个合适的构造方法。
这里还顺带引出了另一个问题：即子类 不会继承 任何父类的构造方法。子类默认的构造方法是编译器自动生成的，不是继承的。
阻止继承
正常情况下，只要某个 class 没有 final 修饰符，那么任何类都可以从该 class 继承。
从 Java 15 开始，允许使用 sealed 修饰 class，并通过 permits 明确写出能够从该 class 继承的子类名称。
例如，定义一个 Shape 类：
public sealed class Shape permits Rect, Circle, Triangle {...}
上述 Shape 类就是一个 sealed 类，它只允许指定的 3 个类继承它。如果写：
public final class Rect extends Shape {...}
是没问题的，因为 Rect 出现在 Shape 的permits列表中。但是，如果定义一个 Ellipse 就会报错：
public final class Ellipse extends Shape {...}
// Compile error: class is not allowed to extend sealed class: Shape
原因是 Ellipse 并未出现在 Shape 的permits列表中。这种 sealed 类主要用于一些框架，防止继承被滥用。
sealed类在 Java 15 中目前是预览状态，要启用它，必须使用参数 --enable-preview 和--source 15。
向上转型
如果一个引用变量的类型是 Student，那么它可以指向一个Student 类型的实例：
Student s = new Student();
如果一个引用类型的变量是 Person，那么它可以指向一个Person 类型的实例：
Person p = new Person();
现在问题来了：如果 Student 是从 Person 继承下来的，那么，一个引用类型为 Person 的变量，能否指向 Student 类型的实例？
Person p = new Student(); // ???
测试一下就可以发现，这种指向是允许的！
这是因为 Student 继承自 Person，因此，它拥有Person 的全部功能。Person类型的变量，如果指向 Student 类型的实例，对它进行操作，是没有问题的！
这种把一个子类类型安全地变为父类类型的赋值，被称为向上转型（upcasting）。
向上转型实际上是把一个子类型安全地变为更加抽象的父类型：
Student s = new Student();
Person p = s; // upcasting, ok
Object o1 = p; // upcasting, ok
Object o2 = s; // upcasting, ok
注意到继承树是 Student > Person > Object，所以，可以把Student 类型转型为Person，或者更高层次的Object。
向下转型
和向上转型相反，如果把一个父类类型强制转型为子类类型，就是向下转型（downcasting）。例如：
Person p1 = new Student(); // upcasting, ok
Person p2 = new Person();
Student s1 = (Student) p1; // ok
Student s2 = (Student) p2; // runtime error! ClassCastException!
如果测试上面的代码，可以发现：
Person类型 p1 实际指向 Student 实例，Person类型变量 p2 实际指向 Person 实例。在向下转型的时候，把 p1 转型为 Student 会成功，因为 p1 确实指向 Student 实例，把 p2 转型为 Student 会失败，因为 p2 的实际类型是Person，不能把父类变为子类，因为子类功能比父类多，多的功能无法凭空变出来。
因此，向下转型很可能会失败。失败的时候，Java 虚拟机会报ClassCastException。
为了避免向下转型出错，Java 提供了 instanceof 操作符，可以先判断一个实例究竟是不是某种类型：
Person p = new Person();
System.out.println(p instanceof Person); // true
System.out.println(p instanceof Student); // false
Student s = new Student();
System.out.println(s instanceof Person); // true
System.out.println(s instanceof Student); // true
Student n = null;
System.out.println(n instanceof Student); // false
instanceof实际上判断一个变量所指向的实例是否是指定类型，或者这个类型的子类。如果一个引用变量为 null，那么对任何instanceof 的判断都为false。
利用instanceof，在向下转型前可以先判断：
Person p = new Student();
if (p instanceof Student) {// 只有判断成功才会向下转型:
Student s = (Student) p; // 一定会成功
}
从 Java 14 开始，判断 instanceof 后，可以直接转型为指定变量，避免再次强制转型。例如，对于以下代码：
Object obj = "hello";
if (obj instanceof String) {String s = (String) obj;
System.out.println(s.toUpperCase());
}
可以改写如下：
// instanceof variable:
public class Main {public static void main(String[] args) {Object obj = "hello";
if (obj instanceof String s) {// 可以直接使用变量 s:
System.out.println(s.toUpperCase());
}
}
}
这种使用 instanceof 的写法更加简洁。
区分继承和组合
在使用继承时，我们要注意逻辑一致性。
考察下面的 Book 类：
class Book {protected String name;
public String getName() {...}
public void setName(String name) {...}
}
这个 Book 类也有 name 字段，那么，我们能不能让 Student 继承自 Book 呢？
class Student extends Book {protected int score;
}
显然，从逻辑上讲，这是不合理的，Student不应该从 Book 继承，而应该从 Person 继承。
究其原因，是因为 Student 是Person的一种，它们是 is 关系，而 Student 并不是 Book。实际上Student 和Book的关系是 has 关系。
具有 has 关系不应该使用继承，而是使用组合，即 Student 可以持有一个 Book 实例：
class Student extends Person {protected Book book;
protected int score;
}
因此，继承是 is 关系，组合是 has 关系。
练习
定义 PrimaryStudent，从Student 继承，并新增一个 grade 字段：
public class Main {public static void main(String[] args) {Person p = new Person("小明", 12);
Student s = new Student("小红", 20, 99);
// TODO: 定义 PrimaryStudent，从 Student 继承，新增 grade 字段:
Student ps = new PrimaryStudent("小军", 9, 100, 5);
System.out.println(ps.getScore());
}
}
class Person {protected String name;
protected int age;
public Person(String name, int age) {this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {return name; }
public void setName(String name) {this.name = name; }
public int getAge() {return age; }
public void setAge(int age) {this.age = age; }
}
class Student extends Person {protected int score;
public Student(String name, int age, int score) {super(name, age);
this.score = score;
}
public int getScore() {return score; }
}
class PrimaryStudent {// TODO
}
下载练习
小结
继承是面向对象编程的一种强大的代码复用方式；
Java 只允许单继承，所有类最终的根类是Object；
protected允许子类访问父类的字段和方法；
子类的构造方法可以通过 super() 调用父类的构造方法；
可以安全地向上转型为更抽象的类型；
可以强制向下转型，最好借助 instanceof 判断；
子类和父类的关系是 is，has 关系不能用继承。
