Java继承原理与应用全解析

本文深入解析了Java继承的核心机制与最佳实践，涵盖extends单继承的实现原理、private成员不可访问但可通过getter/setter间接使用的本质原因、子类构造器如何显式或隐式调用父类构造器、重写Object方法时必须遵守的严格契约，以及在“is-a”关系不成立时优先选用组合而非继承的设计智慧——既帮你避开编译报错和运行时陷阱，又引导你写出更健壮、可维护、符合面向对象原则的代码。

Java 中的继承通过 extends 关键字实现，子类自动获得父类的非私有成员（字段、方法），但不能继承构造器；这是单继承结构，一个类只能直接继承一个父类。

如何正确声明继承关系：extends 与访问修饰符的影响

子类声明必须用 extends 显式指定父类，且父类不能是 final 类。父类中 private 成员不可被继承访问，protected 和包内默认（package-private）成员在满足包/继承条件下可被子类使用。

常见错误现象：子类中调用父类 private 方法或字段时编译报错 cannot be accessed from outside its declaring class。

• 父类构造器不会被继承，但子类构造器默认会通过 super() 调用父类无参构造器；若父类无无参构造器，子类必须显式写 super(...)
• 子类重写父类方法时，访问权限不能比父类更严格（例如父类是 protected，子类不能改为 private）
• 接口不能用 extends 继承类，只能用 implements 实现；类也不能 extends 接口

为什么子类无法访问父类 private 成员，但能调用父类 public/protected 方法

Java 的继承是“代码复用 + 行为扩展”，不是“内存共享”。private 是编译期限制，仅限于声明该成员的类内部可见；而 public 和 protected 成员在子类编译单元中属于可访问范围。

实际场景：父类 Person 定义 private String idCard 和 protected void verify()，子类 Student 可以调用 verify()，但不能直接读写 idCard —— 若需暴露，应提供 public getter/setter。

容易踩的坑：误以为“继承 = 所有字段都可用”，结果在子类中直接引用父类 private 字段导致编译失败。

Object 是所有类的隐式父类，toString() / equals() / hashCode() 的重写要点

每个 Java 类都默认继承自 java.lang.Object，因此天然拥有 toString()、equals(Object)、hashCode() 等方法。但它们的默认实现往往不满足业务语义，必须按需重写。

关键约束：

• equals() 必须满足自反性、对称性、传递性、一致性，且对 null 返回 false
• hashCode() 与 equals() 必须保持契约：相等的对象必须有相同哈希值
• 重写 toString() 时建议包含关键业务字段，便于调试和日志输出

public class User {
    private String name;
    private int age;

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        User user = (User) o;
        return age == user.age && Objects.equals(name, user.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{name='" + name + "', age=" + age + "}";
    }
}

继承 vs 组合：什么情况下不该用 extends

当子类和父类之间不是“is-a”关系（比如 “Car is-a Engine” 明显错误），或需要复用多个来源的行为时，继承就不再合适。Java 不支持多继承，强行用 extends 会导致设计僵化。

典型反模式：

• 为复用工具方法而继承 ArrayList（应组合持有 List 字段）
• 用继承表达“具有某种能力”，如 Flyable 应定义为接口，而非让 Bird 和 Drone 都继承同一个抽象类
• 父类频繁变更，导致所有子类被迫修改（违反开闭原则）

真正需要继承的信号是：子类能完全替代父类出现在任何上下文中（里氏替换原则），且语义清晰。否则优先考虑组合 + 接口实现。

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