Java 继承机制详解：extends、super、多态与设计原则

继承让子类获得父类属性和方法，实现代码复用与层次化组织。Java 采用单继承（一个类仅能 extends 一个父类），但可实现多个接口。

extends 关键字

class Father { void work() {} }
class Son extends Father { void study() {} }

子类拥有父类非私有成员（字段、方法、嵌套类）。构造器不继承，但子类构造器首行隐式/显式调用父类构造器。

继承示例：计算器扩展

class Calculation {
    void addition(int x, int y) { System.out.println("和: " + (x+y)); }
    void subtraction(int x, int y) { System.out.println("差: " + (x-y)); }
}

class MyCalculation extends Calculation {
    void multiplication(int x, int y) { System.out.println("积: " + (x*y)); }
    
    public static void main(String[] args) {
        MyCalculation mc = new MyCalculation();
        mc.addition(20, 10);      // 继承的方法
        mc.subtraction(20, 10);   // 继承的方法
        mc.multiplication(20, 10); // 自有方法
    }
}

super 关键字

两大核心用途：

1. 访问被隐藏的父类成员：super.field、super.method()
2. 调用父类构造器：super(args) 必须是构造器首行

区分同名成员

class Super { int num = 20; void show() { System.out.println("父类"); } }
class Sub extends Super { int num = 10; void show() { System.out.println("子类"); }
    void demo() {
        System.out.println(super.num); // 20
        super.show();                  // 父类
    }
}

调用带参父类构造器

class Super { Super(int age) { this.age = age; } int age; }
class Sub extends Super { Sub(int age) { super(age); } } // 必须显式调用

IS-A 关系与 instanceof

extends 建立 IS-A 关系：Dog extends Animal → Dog IS-A Animal。

Animal a = new Dog();
System.out.println(a instanceof Animal);  // true
System.out.println(a instanceof Dog);     // true

instanceof 用于运行时类型检查，防止 ClassCastException。

HAS-A 关系（组合）

类包含另一个类的实例，而非继承。体现“拥有”关系，降低耦合，复用性更强。

class Engine { void start() {} }
class Car { private Engine engine = new Engine(); // Car HAS-A Engine }

继承类型

• 单继承：Java 类仅支持单继承
• 多层继承：A → B → C
• 层次继承：一个父类多个子类
• 混合继承：上述组合

⚠️ Java 不支持多重继承（class C extends A, B 非法），但可通过实现多接口实现类似效果。

设计原则

1. 里氏替换原则 (LSP)：子类对象能替换父类对象而不破坏程序
2. 优先组合优于继承：除非明确 IS-A，否则用 HAS-A
3. 封装变化：将变化点抽象为接口/抽象类，子类实现细节
4. 避免过深继承树：超过 3 层建议重构