Java继承中字段隐藏与方法调用行为深度解析

本文深入探讨Java继承中字段隐藏（Field Hiding）与方法调用行为的机制。当子类声明与父类同名的字段时，会发生字段隐藏而非覆盖。通过分析代码示例，揭示了继承方法如何访问父类字段，并提供了使用构造器和单一字段定义来正确实现多态行为的最佳实践，帮助开发者避免常见陷阱。

理解Java中的字段隐藏（Field Hiding）

在Java的继承体系中，当子类声明了一个与父类中同名的实例字段时，我们称之为“字段隐藏”（Field Hiding）或“字段遮蔽”（Field Shadowing）。这与方法覆盖（Method Overriding）是完全不同的概念。方法覆盖是运行时多态性的基础，它允许子类提供父类方法的特定实现；而字段隐藏则意味着子类拥有一个独立的、与父类同名的字段，两者互不影响。

考虑以下示例代码：

// 父类 Person
public class Person {
    public String name = "person"; // 父类字段
    public String getName(){
      return name; // 访问的是当前类的name字段
    }
}

// 子类 Teacher
public class Teacher extends Person{
    public String name ="teacher"; // 子类字段，隐藏了父类的name
    public static void main(String[] args) {
        Teacher teacher = new Teacher();
        System.out.println(teacher.getName()); // 调用继承自Person的方法
    }
}

当执行 Teacher 类的 main 方法时，System.out.println(teacher.getName()); 的输出结果是 "person"。这可能与一些开发者的直觉相悖，因为 teacher 是 Teacher 类型的对象，且 Teacher 类中也定义了一个 name 字段。

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为什么会输出 "person"？

核心原因在于，Java中的实例方法在被调用时，它所访问的实例字段是根据定义该方法的类来确定的，而不是根据实际运行时对象的类型。

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1. Teacher 对象 teacher 被创建。
2. teacher.getName() 方法被调用。
3. getName() 方法是 Person 类中定义的。
4. 在 Person 类的 getName() 方法内部，return name; 语句中的 name 始终引用 Person 类自身的 name 字段。即使 teacher 对象的运行时类型是 Teacher，getName() 方法的实现逻辑仍然是在 Person 的上下文中执行，因此它访问的是 Person 类的 name 字段，其值为 "person"。
5. Teacher 类中定义的 public String name = "teacher"; 字段，只是隐藏了 Person 类的 name 字段，它是一个独立的字段，只有在 Teacher 类内部直接通过 this.name 访问，或者通过 Teacher 类型的引用访问时才会显现。

简而言之，字段的访问不具备多态性，而方法的调用才具有多态性。当父类方法被子类对象调用时，如果该方法没有被子类覆盖，那么它将按照父类中的定义执行，并访问父类自身的字段。

避免字段隐藏的正确实践

为了实现预期的多态行为，即子类对象在调用继承方法时能够反映子类的特定状态，我们应该避免字段隐藏，并采用构造器和封装的原则。

正确的做法是：在父类中定义字段，并提供构造器来初始化这些字段。子类通过调用父类的构造器来设置这些字段的值。

// 优化后的父类 Person
class Person {
    private final String name; // 使用private final封装字段

    public Person(String name) { // 提供构造器初始化字段
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return this.name; // 访问父类自身的name字段
    }
}

// 优化后的子类 Teacher
class Teacher extends Person {
    public Teacher(String name) {
        super(name); // 调用父类构造器初始化name字段
    }

    public static void main(String[] args) {
        Teacher teacher = new Teacher("teacher");
        System.out.println(teacher.getName()); // 输出 "teacher"
    }
}

在这个优化后的示例中：

1. Person 类中的 name 字段被声明为 private final，这符合封装原则，并强制通过构造器进行初始化。
2. Person 类提供了一个带有 name 参数的构造器，用于初始化 this.name。
3. Teacher 类不再声明自己的 name 字段，而是通过其构造器 Teacher(String name) 调用 super(name) 来初始化从 Person 类继承的 name 字段。
4. 当 Teacher 对象 teacher 被创建时，super("teacher") 会确保 Person 类的 name 字段被设置为 "teacher"。
5. teacher.getName() 仍然调用 Person 类中定义的 getName() 方法。该方法访问的是 Person 类的 name 字段，而此时该字段已经被 Teacher 构造器初始化为 "teacher"。因此，输出结果为 "teacher"。

总结与注意事项

• 字段隐藏（Field Hiding）：当子类声明与父类同名的字段时，会隐藏父类的字段。这两个字段是独立的，互不影响。继承的方法总是访问定义该方法的类中的字段。
• 方法覆盖（Method Overriding）：子类提供父类方法的特定实现。运行时多态性适用于方法，不适用于字段。
• 避免字段隐藏：在设计类继承时，应尽量避免在子类中声明与父类同名的字段，除非有非常明确的意图。
• 最佳实践：
  • 将字段声明为 private，并通过 public 的 getter/setter 方法进行访问（封装）。
  • 使用构造器来初始化对象的字段。子类通过 super() 调用父类构造器来初始化继承的字段。
  • 如果需要子类特有的状态，应在子类中声明新的字段，而不是隐藏父类的字段。
• 理解 this 关键字：在任何实例方法中，this 关键字总是指向当前调用该方法的对象。然而，当方法访问一个字段时，它会首先在当前方法所属的类中查找该字段。如果找到，就使用它；否则，会沿着继承链向上查找。字段隐藏不会改变这个查找行为，它只是引入了一个同名的新字段。

通过遵循这些原则，开发者可以构建更健壮、更易于理解和维护的Java继承体系，避免因字段隐藏而导致的意外行为。

以上就是Java继承中字段隐藏与方法调用行为深度解析的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！