Kotlin入门(14)继承的那些事儿

上一篇文章介绍了类对成员的声明方式与使用过程，从而初步了解了类的成员及其运用。不过早在《Kotlin入门(12)类的概貌与构造》中，提到MainActivity继承自AppCompatActivity，而Kotlin对于类继承的写法是“class MainActivity : AppCompatActivity() {}”，这跟Java对比有明显差异，那么Kotlin究竟是如何定义基类并由基类派生出子类呢？为廓清这些迷雾，本篇文章就对类继承的相关用法进行深入探讨。

博文《Kotlin入门(13)类成员的众生相》在演示类成员时多次重写了WildAnimal类，这下你兴冲冲地准备按照MainActivity的继承方式，从WildAnimal派生出一个子类Tiger，写好构造函数的两个输入参数，补上基类的完整声明，敲了以下代码不禁窃喜这么快就大功告成了：

class Tiger(name:String="老虎", sex:Int = 0) : WildAnimal(name, sex) {
}

谁料编译器无情地蹦出错误提示“The type is final, so it cannot be inherited from”，意思是WildAnimal类是final类型，所以它不允许被继承。原来Java默认每个类都能被继承，除非加了关键字final表示终态，才不能被其它类继承。Kotlin恰恰相反，它默认每个类都不能被继承（相当于Java类被final修饰了），如果要让某个类成为基类，则需把该类开放出来，也就是添加关键字open作为修饰。因此，接下来还是按照Kotlin的规矩办事，重新写个采取open修饰的基类，下面即以鸟类Bird进行演示，改写后的基类代码框架如下：

open class Bird (var name:String, val sex:Int = 0) {
    //此处暂时省略基类内部的成员属性和方法
}

现在有了基类框架，还得往里面补充成员属性和成员方法，然后给这些成员添加开放性修饰符。就像大家在Java和C++世界中熟知的几个关键字，包括public、protected、private，分别表示公开、只对子类开放、私有。那么Kotlin体系参照Java世界也给出了四个开放性修饰符，按开放程度从高到低分别是：
public : 对所有人开放。Kotlin的类、函数、变量不加开放性修饰符的话，默认就是public类型。
internal : 只对本模块内部开放，这是Kotlin新增的关键字。对于App开发来说，本模块便是指App自身。
protected : 只对自己和子类开放。
private : 只对自己开放，即私有。
注意到这几个修饰符与open一样都加在类和函数前面，并且都包含“开放”的意思，乍看过去还真有点扑朔迷离，到底open跟四个开放性修饰符是什么关系？其实也不复杂，open不控制某个对象的访问权限，只决定该对象能否繁衍开来，说白了，就是公告这个家伙有没有资格生儿育女。只有头戴open帽子的类，才允许作为基类派生出子类来；而头戴open帽子的函数，表示它允许在子类中进行重写。
至于那四个开放性修饰符，则是用来限定允许访问某对象的外部范围，通俗地说，就是哪里的男人可以娶这个美女。头戴public的，表示全世界的男人都能娶她；头戴internal的，表示本国的男人可以娶她；头戴protected的，表示本单位以及下属单位的男人可以娶她；头戴private的，表示肥水不流外人田，只有本单位的帅哥才能娶这个美女噢。
因为private的限制太严厉了，只对自己开放，甚至都不允许子类染指，所以它跟关键字open势同水火。open表示这个对象可以被继承，或者可以被重载，然而private却坚决斩断该对象与其子类的任何关系，因此二者不能并存。倘若在代码中强行给某个方法同时加上open和private，编译器只能无奈地报错“Modifier 'open' is incompatible with 'private'”，意思是open与private不兼容。
按照以上的开放性相关说明，接下来分别给Bird类的类名、函数名、变量名加上修饰符，改写之后的基类代码是下面这样：

//Kotlin的类默认是不能继承的（即final类型），如果需要继承某类，则该父类应当声明为open类型。
//否则编译器会报错“The type is final, so it cannot be inherited from”。
open class Bird (var name:String, val sex:Int = MALE) {
    //变量、方法、类默认都是public，所以一般都把public省略掉了
    //public var sexName:String
    var sexName:String
    init {
        sexName = getSexName(sex)
    }

    //私有的方法既不能被外部访问，也不能被子类继承，因此open与private不能共存
    //否则编译器会报错：Modifier 'open' is incompatible with 'private'
    //open private fun getSexName(sex:Int):String {
    open protected fun getSexName(sex:Int):String {
        return if(sex==MALE) "公" else "母"
    }

    fun getDesc(tag:String):String {
        return "欢迎来到$tag：这只${name}是${sexName}的。"
    }

    companion object BirdStatic{
        val MALE = 0
        val FEMALE = 1
        val UNKNOWN = -1
        fun judgeSex(sexName:String):Int {
            var sex:Int = when (sexName) {
                "公","雄" -> MALE
                "母","雌" -> FEMALE
                else -> UNKNOWN
            }
            return sex
        }
    }
}

好不容易鼓捣出来一个正儿八经的鸟儿基类，再来声明一个它的子类试试，例如鸭子是鸟类的一种，于是下面有了鸭子的类定义代码：

//注意父类Bird已经在构造函数声明了属性，故而子类Duck无需重复声明属性
//也就是说，子类的构造函数，在输入参数前面不要再加val和var
class Duck(name:String="鸭子", sex:Int = Bird.MALE) : Bird(name, sex) {
}

子类也可以定义新的成员属性和成员方法，或者重写被声明为open的父类方法。比方说性别名称“公”和“母”一般用于家禽，像公鸡、母鸡、公鸭、母鸭等等，指代野生鸟类的性别则通常使用“雄”和“雌”，所以定义野生鸟类的时候，就得重写获取性别名称的getSexName方法，把“公”和“母”的返回值改为“雄”和“雌”。方法重写之后，定义了鸵鸟的类代码如下所示：

class Ostrich(name:String="鸵鸟", sex:Int = Bird.MALE) : Bird(name, sex) {
    //继承protected的方法，标准写法是“override protected”
    //override protected fun getSexName(sex:Int):String {
    //不过protected的方法继承过来默认就是protected，所以也可直接省略protected
    //override fun getSexName(sex:Int):String {
    //protected的方法继承之后允许将可见性升级为public，但不能降级为private
    override public fun getSexName(sex:Int):String {
        return if(sex==MALE) "雄" else "雌"
    }
}

除了上面讲的普通类继承，Kotlin也存在与Java类似的抽象类，抽象类之所以存在，是因为其内部拥有被abstract修饰的抽象方法。抽象方法没有具体的函数体，故而外部无法直接声明抽象类的实例；只有在子类继承之时重写抽象方法，该子类方可正常声明对象实例。举个例子，鸡属于鸟类，可公鸡和母鸡的叫声是不一样的，公鸡是“喔喔喔”地叫，而母鸡是“咯咯咯”地叫；所以鸡这个类的叫唤方法callOut，发出什么声音并不确定，只能先声明为抽象方法，连带着鸡类Chicken也变成抽象类了。根据上述的抽象类方案，定义好的Chicken类代码示例如下：

//子类的构造函数，原来的输入参数不用加var和val，新增的输入参数必须加var或者val。
//因为抽象类不能直接使用，所以构造函数不必给默认参数赋值。
abstract class Chicken(name:String, sex:Int, var voice:String) : Bird(name, sex) {
    val numberArray:Array<String> = arrayOf("一","二","三","四","五","六","七","八","九","十");
    //抽象方法必须在子类进行重写，所以可以省略关键字open，因为abstract方法默认就是open类型
    //open abstract fun callOut(times:Int):String
    abstract fun callOut(times:Int):String
}

接着从Chicken类派生出公鸡类Cock，指定公鸡的声音为“喔喔喔”，同时还要重写callOut方法，明确公鸡的叫唤行为。具体的Cock类代码如下所示：

class Cock(name:String="鸡", sex:Int = Bird.MALE, voice:String="喔喔喔") : Chicken(name, sex, voice) {
    override fun callOut(times: Int): String {
        var count = when {
            //when语句判断大于和小于时，要把完整的判断条件写到每个分支中
            times<=0 -> 0
            times>=10 -> 9
            else -> times
        }
        return "$sexName$name${voice}叫了${numberArray[count]}声，原来它在报晓呀。"
    }
}

同样派生而来的母鸡类Hen，也需指定母鸡的声音“咯咯咯”，并重写callOut叫唤方法，具体的Hen类代码如下所示：

class Hen(name:String="鸡", sex:Int = Bird.FEMALE, voice:String="咯咯咯") : Chicken(name, sex, voice) {
    override fun callOut(times: Int): String {
        var count = when {
            times<=0 -> 0
            times>=10 -> 9
            else -> times
        }
        return "$sexName$name${voice}叫了${numberArray[count]}声，原来它下蛋了呀。"
    }
}

定义好了callOut方法，外部即可调用Cock类和Hen类的该方法了，调用代码示例如下：

    //调用公鸡类的叫唤方法
    tv_class_inherit.text = Cock().callOut(count++%10)
    //调用母鸡类的叫唤方法
    tv_class_inherit.text = Hen().callOut(count++%10)

既然提到了抽象类，就不得不提接口interface。Kotlin的接口与Java一样是为了间接实现多重继承，由于直接继承多个类可能存在方法冲突等问题，因此Kotlin在编译阶段就不允许某个类同时继承多个基类，否则会报错“Only one class may appear in a supertype list”。于是乎，通过接口定义几个抽象方法，然后在实现该接口的具体类中重写这几个方法，从而间接实现C++多重继承的功能。
在Kotlin中定义接口需要注意以下几点：
1、接口不能定义构造函数，否则编译器会报错“An interface may not have a constructor”；
2、接口的内部方法通常要被实现它的类进行重写，所以这些方法默认为抽象类型；
3、与Java不同的是，Kotlin允许在接口内部实现某个方法，而Java接口的所有内部方法都必须是抽象方法；
Android开发最常见的接口是控件的点击监听器View.OnClickListener，其内部定义了控件的点击动作onClick，类似的还有长按监听器View.OnLongClickListener、选择监听器CompoundButton.OnCheckedChangeListener等等，它们无一例外都定义了某种行为的事件处理过程。对于本文的鸟类例子而言，也可通过一个接口定义鸟儿的常见动作行为，譬如鸟儿除了叫唤动作，还有飞翔、游泳、奔跑等等动作，有的鸟类擅长飞翔（如大雁、老鹰），有的鸟类擅长游泳（如鸳鸯、鸬鹚），有的鸟类擅长奔跑（如鸵鸟、鸸鹋）。因此针对鸟类的飞翔、游泳、奔跑等动作，即可声明Behavior接口，在该接口中定义几个行为方法如fly、swim、run，下面是一个定义好的行为接口代码例子：

//Kotlin与Java一样不允许多重继承，即不能同时继承两个类（及以上类），
//否则编译器报错“Only one class may appear in a supertype list”，
//所以仍然需要接口interface来间接实现多重继承的功能。
//接口不能带构造函数（那样就变成一个类了），否则编译器报错“An interface may not have a constructor”
//interface Behavior(val action:String) {
interface Behavior {
    //接口内部的方法默认就是抽象的，所以不加abstract也可以，当然open也可以不加
    open abstract fun fly():String
    //比如下面这个swim方法就没加关键字abstract，也无需在此处实现方法
    fun swim():String
    //Kotlin的接口与Java的区别在于，Kotlin接口内部允许实现方法，
    //此时该方法不是抽象方法，就不能加上abstract，
    //不过该方法依然是open类型，接口内部的所有方法都默认是open类型
    fun run():String {
        return "大多数鸟儿跑得并不像样，只有鸵鸟、鸸鹋等少数鸟类才擅长奔跑。"
    }
    //Kotlin的接口允许声明抽象属性，实现该接口的类必须重载该属性，
    //与接口内部方法一样，抽象属性前面的open和abstract也可省略掉
    //open abstract var skilledSports:String
    var skilledSports:String
}

那么其他类实现Behavior接口时，跟类继承一样把接口名称放在冒号后面，也就是说，Java的extends和implement这两个关键字在Kotlin中都被冒号取代了。然后就像重写抽象类的抽象方法一样，重写该接口的抽象方法，以鹅的Goose类为例，重写接口方法之后的代码如下所示：

class Goose(name:String="鹅", sex:Int = Bird.MALE) : Bird(name, sex), Behavior {
    override fun fly():String {
        return "鹅能飞一点点，但飞不高，也飞不远。"
    }

    override fun swim():String {
        return "鹅，鹅，鹅，曲项向天歌。白毛浮绿水，红掌拨清波。"
    }

    //因为接口已经实现了run方法，所以此处可以不用实现该方法，当然你要实现它也行。
    override fun run():String {
        //super用来调用父类的属性或方法，由于Kotlin的接口允许实现方法，因此super所指的对象也可以是interface
        return super.run()
    }

    //重载了来自接口的抽象属性
    override var skilledSports:String = "游泳"
}

这下大功告成，Goose类声明的群鹅不但具备鸟类的基本功能，而且能飞、能游、能跑，活脱脱一只栩栩如生的大白鹅呀：

    btn_interface_behavior.setOnClickListener {
        tv_class_inherit.text = when (count++%3) {
            0 -> Goose().fly()
            1 -> Goose().swim()
            else -> Goose().run()
        }
    }

总结一下，Kotlin的类继承与Java相比有所不同，首先Kotlin的类默认不可被继承，如需继承则要添加open声明；而Java的类默认是允许被继承的，只有添加final声明才表示不能被继承。其次，Kotlin除了常规的三个开放性修饰符public、protected、private，另外增加了修饰符internal表示只对本模块开放。再次，Java的类继承关键字extends，以及接口实现关键字implement，在Kotlin中都被冒号所取代。最后，Kotlin允许在接口内部实现某个方法，而Java接口的内部方法只能是抽象方法。


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