第15節我們介紹了繼承和多態的基本概念，而上節我們進一步介紹了繼承的一些細節，本節我們通過一個例子，來介紹繼承實現的基本原理。需要說明的是，本節主要從概念上來介紹原理，實際實現細節可能與此不同。
例子
這是基類代碼：
public class Base {
public static int s;
private int a;
static {
System.out.println("基類靜態代碼塊, s: "+s);
s = 1;
}
{
System.out.println("基類實例代碼塊, a: "+a);
a = 1;
}
public Base(){
System.out.println("基類構造方法, a: "+a);
a = 2;
}
protected void step(){
System.out.println("base s: " + s +", a: "+a);
}
public void action(){
System.out.println("start");
step();
System.out.println("end");
}
}
Base包括一個靜態變量s，一個實例變量a，一段靜態初始化代碼塊，一段實例初始化代碼塊，一個構造方法，兩個方法step和action。
這是子類代碼：
public class Child extends Base {
public static int s;
private int a;
static {
System.out.println("子類靜態代碼塊, s: "+s);
s = 10;
}
{
System.out.println("子類實例代碼塊, a: "+a);
a = 10;
}
public Child(){
System.out.println("子類構造方法, a: "+a);
a = 20;
}
protected void step(){
System.out.println("child s: " + s +", a: "+a);
}
}
Child繼承了Base，也定義了和基類同名的靜態變量s和實例變量a，靜態初始化代碼塊，實例初始化代碼塊，構造方法，重寫了方法step。
這是使用的代碼：
public static void main(String[] args) {
System.out.println("---- new Child()");
Child c = new Child();
System.out.println("\n---- c.action()");
c.action();
Base b = c;
System.out.println("\n---- b.action()");
b.action();
System.out.println("\n---- b.s: " + b.s);
System.out.println("\n---- c.s: " + c.s);
}
創建了Child類型的對象，賦值給了Child類型的引用變量c，通過c調用action方法，又賦值給了Base類型的引用變量b，通過b也調用了action，最後通過b和c訪問靜態變量s並輸出。這是屏幕的輸出結果：
---- new Child() 基類靜態代碼塊, s: 0 子類靜態代碼塊, s: 0 基類實例代碼塊, a: 0 基類構造方法, a: 1 子類實例代碼塊, a: 0 子類構造方法, a: 10 ---- c.action() start child s: 10, a: 20 end ---- b.action() start child s: 10, a: 20 end ---- b.s: 1 ---- c.s: 10
下面我們來解釋一下背後都發生了一些什麼事情，從類的加載開始。
類的加載
在Java中，所謂類的加載是指將類的相關信息加載到內存。在Java中，類是動態加載的，當第一次使用這個類的時候才會加載，加載一個類時，會查看其父類是否已加載，如果沒有，則會加載其父類。
一個類的信息主要包括以下部分：
類初始化代碼包括：
實例初始化代碼包括：
類加載過程包括：
需要說明的是，關於類初始化代碼，是先執行父類的，再執行子類的，不過，父類執行時，子類靜態變量的值也是有的，是默認值。對於默認值，我們之前說過，數字型變量都是0，boolean是false，char是'\u0000'，引用型變量是null。
之前我們說過，內存分為棧和堆，棧存放函數的局部變量，而堆存放動態分配的對象，還有一個內存區，存放類的信息，這個區在Java中稱之為方法區。
加載後，對於每一個類，在Java方法區就有了一份這個類的信息，以我們的例子來說，有三份類信息，分別是Child，Base，Object，內存示意圖如下：
我們用class_init()來表示類初始化代碼，用instance_init()表示實例初始化代碼，實例初始化代碼包括了實例初始化代碼塊和構造方法。例子中只有一個構造方法，實際中可能有多個實例初始化方法。
本例中，類的加載大概就是在內存中形成了類似上面的布局，然後分別執行了Base和Child的類初始化代碼。接下來，我們看對象創建的過程。
創建對象
在類加載之後，new Child()就是創建Child對象，創建對象過程包括：
分配的內存包括本類和所有父類的實例變量，但不包括任何靜態變量。實例初始化代碼的執行從父類開始，先執行父類的，再執行子類的。但在任何類執行初始化代碼之前，所有實例變量都已設置完默認值。
每個對象除了保存類的實例變量之外，還保存著實際類信息的引用。
Child c = new Child();會將新創建的Child對象引用賦給變量c，而Base b = c;會讓b也引用這個Child對象。創建和賦值後，內存布局大概如下圖所示：
引用型變量c和b分配在棧中，它們指向相同的堆中的Child對象，Child對象存儲著方法區中Child類型的地址，還有Base中的實例變量a和Child中的實例變量a。創建了對象，接下來，來看方法調用的過程。
方法調用
我們先來看c.action();這句代碼的執行過程是：
尋找要執行的實例方法的時候，是從對象的實際類型信息開始查找的，找不到的時候，再查找父類類型信息。
我們來看b.action();，這句代碼的輸出和c.action是一樣的，這稱之為動態綁定，而動態綁定實現的機制，就是根據對象的實際類型查找要執行的方法，子類型中找不到的時候再查找父類。這裡，因為b和c指向相同的對象，所以執行結果是一樣的。
如果繼承的層次比較深，要調用的方法位於比較上層的父類，則調用的效率是比較低的，因為每次調用都要進行很多次查找。大多數系統使用一種稱為虛方法表的方法來優化調用的效率。
虛方法表
所謂虛方法表，就是在類加載的時候，為每個類創建一個表，這個表包括該類的對象所有動態綁定的方法及其地址，包括父類的方法，但一個方法只有一條記錄，子類重寫了父類方法後只會保留子類的。
對於本例來說，Child和Base的虛方法表如下所示：
對Child類型來說，action方法指向Base中的代碼，toString方法指向Object中的代碼，而step()指向本類中的代碼。
這個表在類加載的時候生成，當通過對象動態綁定方法的時候，只需要查找這個表就可以了，而不需要挨個查找每個父類。
接下來，我們看對變量的訪問。
變量訪問
對變量的訪問是靜態綁定的，無論是類變量還是實例變量。代碼中演示的是類變量：b.s和c.s，通過對象訪問類變量，系統會轉換為直接訪問類變量Base.s和Child.s。
例子中的實例變量都是private的，不能直接訪問，如果是public的，則b.a訪問的是對象中Base類定義的實例變量a，而c.a訪問的是對象中Child類定義的實例變量a。
小結
本節，我們通過一個例子，介紹了類的加載、對象創建、方法調用以及變量訪問的內部過程。現在，我們應該對繼承的實現有了一個比較清楚的理解。
之前我們提到過，繼承其實是把雙刃劍，為什麼這麼說呢？讓我們下節來探討。
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