Java 繼承機制詳解：extends 關鍵字、super 調用父構造器、方法重寫與多態實戰

前言

繼承是面向對象三大特性之一，實現代碼復用與多態基礎。本文通過 Employee / Manager 經典案例，深度講解 extends 關鍵字、super 調用父構造器、方法重寫規則、向上轉型與動態分派機制。

一、核心代碼案例

1. 父類 Employee

import java.util.Date;
import java.util.GregorianCalendar;

public class Employee {
    private String name;
    private double salary;
    private Date hireDay;

    public Employee(String name, double salary, int year, int month, int day) {
        this.name = name;
        this.salary = salary;
        GregorianCalendar calendar = new GregorianCalendar(year, month - 1, day);
        this.hireDay = calendar.getTime();
    }

    public String getName() { return name; }
    public double getSalary() { return salary; }
    public Date getHireDay() { return hireDay; }

    public void raiseSalary(double byPercent) {
        double raise = salary * byPercent / 100;
        salary += raise;
    }
}

2. 子類 Manager

public class Manager extends Employee {
    private double bonus;

    // 子類構造器必須調用父類構造器
    public Manager(String name, double salary, int year, int month, int day) {
        super(name, salary, year, month, day); // 必須是第一句
        this.bonus = 0;
    }

    public void setBonus(double bonus) { this.bonus = bonus; }

    // 重寫 getSalary：基礎薪資 + 獎金
    @Override
    public double getSalary() {
        double baseSalary = super.getSalary(); // 調用父類實現
        return baseSalary + bonus;
    }
}

3. 測試類：向上轉型與多態

public class TestInheritance {
    public static void main(String[] args) {
        Manager boss = new Manager("Boss", 80000, 1987, 12, 15);
        boss.setBonus(5000);

        Employee[] staff = new Employee[3];
        staff[0] = boss;                    // 向上轉型：Manager → Employee
        staff[1] = new Employee("Emp1", 50000, 1989, 10, 1);
        staff[2] = new Employee("Emp2", 40000, 1990, 3, 15);

        // 多態：同樣調用 getSalary()，運行期根據實際對象類型分派
        for (Employee e : staff) {
            System.out.println("name=" + e.getName() + ", salary=" + e.getSalary());
        }
        /* 輸出：
        name=Boss, salary=85000.0   (80000 + 5000 bonus)
        name=Emp1, salary=50000.0
        name=Emp2, salary=40000.0
        */
    }
}

二、關鍵知識點深度解析

1. extends 關鍵字

• 聲明繼承關係：class Child extends Parent
• 子類獲得父類 非 private 字段、方法、嵌套類
• Java 單繼承：只能 extends 一個父類，但可 implements 多個接口
• 所有類隱式繼承 java.lang.Object

2. super 關鍵字三大用法

3. 構造器鏈機制

new Manager("Boss", 80000, 1987, 12, 15)
    → Manager 構造器
        → super(name, salary, year, month, day)  // 顯式調用
            → Employee 構造器初始化 name, salary, hireDay
        → Manager 初始化 bonus = 0
    → 返回 Manager 實例

鐵律：子類構造器必須直接或間接調用父類構造器，否則編譯錯誤。

4. 方法重寫規則

• 簽名相同：方法名、參數列表完全一致
• 返回類型兼容：可為子類型（協變返回類型）
• 權限不低於父類：protected → public ✅，public → protected ❌
• 拋出異常不寬於父類：子類可少拋、拋子類異常
• @Override 註解：編譯期驗證是否真正重寫，防止拼寫錯誤
• final 方法不可重寫，private 方法不可見故不存在重寫

5. 多態與動態分派

Employee e = new Manager(); // 向上轉型
e.getSalary(); // 編譯期看 Employee.getSalary，運行期調用 Manager.getSalary

• 編譯期綁定：靜態方法、私有方法、構造器、final 方法
• 運行期綁定：非 final 實例方法（動態分派）
• 字段無多態：e.field 總是訪問聲明類型的字段

三、繼承設計最佳實踐

1. is-a 關係：Manager is-a Employee ✅；Car is-a Engine ❌（組合）
2. 父類通用、子類特化：共同屬性/方法上移，特有下推
3. 優先組合、接口代替繼承：降低耦合，避免繼承層次過深
4. 模板方法模式：父類定義算法骨架，子類實現具體步驟
5. 文檔化繼承契約：明確哪些方法允許/預期重寫

四、常見誤區

五、總結

• extends 建立繼承，子類擴展父類功能
• super() 調用父構造器必須在子構造器首行
• 重寫實現多態，配合 @Override 保證正確性
• 向上轉型安全，向下轉型需 instanceof
• 設計原則：is-a 關係、組合優於繼承、文檔化契約