Java三剑客：封装、继承、多态的魔法世界

第一章：封装的艺术 —— 保护你的宝藏

案例分析：银行账户系统

想象一下，你正在构建一个银行账户系统。每个账户都有一个余额，这个余额需要受到严格的保护，不能被随意修改。我们可以通过封装来实现这一目标。

示例代码：

public class BankAccount {private double balance; // 私有变量，不允许直接访问public BankAccount(double initialBalance) {if (initialBalance > 0.0) {balance = initialBalance;} else {balance = 0.0;}}// 提供公共方法存款public void deposit(double amount) {if (amount > 0.0) {balance += amount;}}// 提供公共方法取款public boolean withdraw(double amount) {if (amount <= balance) {balance -= amount;return true;} else {return false;}}// 提供公共方法查询余额public double getBalance() {return balance;}
}

在这个例子中，balance被声明为私有变量，只能通过deposit()、withdraw()和getBalance()方法进行访问和修改。这样，我们就能确保账户的安全性和一致性。

第二章：继承的传承 —— 父亲的衣钵

案例分析：动物王国

在Java中，继承允许我们创建一个类族谱，使得子类可以继承父类的属性和方法，从而实现代码的复用和扩展。

示例代码：

// 定义一个父类 Animal
public abstract class Animal {protected String name;protected int age;public Animal(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}public abstract void makeSound(); // 抽象方法，强制子类实现
}// 定义一个子类 Dog，继承自 Animal
public class Dog extends Animal {public Dog(String name, int age) {super(name, age);}@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Woof woof!");}
}// 定义另一个子类 Cat，继承自 Animal
public class Cat extends Animal {public Cat(String name, int age) {super(name, age);}@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Meow meow!");}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Animal myDog = new Dog("Buddy", 3);Animal myCat = new Cat("Whiskers", 2);myDog.makeSound();   // 输出: Woof woof!myCat.makeSound();   // 输出: Meow meow!}
}

在这个例子中，Animal类作为基类，定义了一个makeSound()抽象方法，所有继承自它的子类（如Dog和Cat）都必须实现这个方法。这样，我们就能够通过一个统一的接口（即Animal类）来处理不同类型的动物，体现了继承的优势。

第三章：多态的魔法 —— 变身大师的技能

案例分析：图形绘制系统

在Java中，多态允许我们编写更加灵活和通用的代码，通过多态，同一段代码可以处理不同类型的对象，具体的行为由运行时对象的实际类型决定。

示例代码：

// 定义一个图形接口 Shape
public interface Shape {double calculateArea();
}// 实现 Shape 接口的 Circle 类
public class Circle implements Shape {private double radius;public Circle(double radius) {this.radius = radius;}@Overridepublic double calculateArea() {return Math.PI * radius * radius;}
}// 实现 Shape 接口的 Rectangle 类
public class Rectangle implements Shape {private double width;private double height;public Rectangle(double width, double height) {this.width = width;this.height = height;}@Overridepublic double calculateArea() {return width * height;}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Shape circle = new Circle(5);Shape rectangle = new Rectangle(4, 6);System.out.println("Circle area: " + circle.calculateArea()); // 输出: Circle area: 78.53981633974483System.out.println("Rectangle area: " + rectangle.calculateArea()); // 输出: Rectangle area: 24.0}
}

在这个例子中，我们定义了一个Shape接口，以及两个实现该接口的类Circle和Rectangle。通过多态，我们可以使用Shape类型的引用指向任何实现了Shape接口的对象，并调用其calculateArea()方法。这样，我们就可以写出通用的代码，处理任意形状的图形，极大地提高了代码的灵活性和可扩展性。

设计模式与面向对象原则

深入理解封装、继承和多态之后，你将发现它们是许多高级编程概念和设计模式的基础。比如：

单一职责原则：一个类应该只有一个引起它变化的原因，这正是封装思想的体现。例如，在BankAccount类中，我们通过将balance设置为私有变量，并提供公共方法来操作它，确保了账户的职责清晰。
开放封闭原则：对扩展开放，对修改关闭。继承和多态机制是实现这一原则的关键。例如，在Animal类的例子中，我们定义了一个抽象方法makeSound()，所有的子类都必须实现这个方法。这样，当我们需要添加新的动物类型时，只需创建一个新的子类即可，无需修改现有代码。
工厂模式：这是一种常用的创建型设计模式，用于封装对象的创建过程。通过工厂方法，我们可以根据传入的参数动态地创建对象，而无需指定具体的类。结合继承和多态，工厂模式可以提供非常灵活的对象创建机制。
策略模式：这是一种行为型设计模式，允许在运行时选择算法或行为。通过定义一组算法接口，然后让不同的策略类实现这些接口，我们可以根据实际需求动态地切换策略，这充分体现了多态的灵活性。