繼承的概念，extends 語法

1. 什麼是繼承？

繼承是一種機制，能夠在既有類別的基礎上建立新的類別，並「繼承」其屬性與方法。新的類別稱為子類別（或衍生類別），原本的類別稱為父類別（或基底類別）。

這就像是你用舊食譜做新蛋糕：把原先的精華都保留，再加上幾樣新食材——瞧，已經有一款「奶奶的祕密配方蛋糕」了。

• 父類別——包含通用的屬性與行為。
• 子類別——繼承這些內容，並可再加入自己的東西或改變行為。

例如：「貓是一種動物」：所有的貓都是動物，但不是所有動物都是貓。動物可以作為基底類別，貓則是它的子類別；狗也一樣。
再如：「圓形是一種圖形」：每個圓形都是圖形，但不是每個圖形都是圓形。圖形可作為父類別，而圓形與三角形則是其子類別。在 Java 中，這些關係是透過關鍵字 extends 來實作的。

為什麼需要繼承？

價值百萬的問題：為什麼不能直接把某個類別的程式碼複製到另一個類別？為什麼還要發明繼承？

• 重複使用程式碼：所有共通的部分都抽到基底類別。無須重複宣告欄位與方法——它們會自動出現在子類別中。比如在大學系統中，可以有一個基底類別「人」，至少包含姓名與生日，而「學生」與「教師」則是子類別，各自有自己的屬性。
• 擴充與專門化：可以僅在需要的地方新增屬性與方法，或覆寫既有行為。所有動物都會發出聲音，但貓會喵喵叫、狗會汪汪叫。同時，你也可以只在貓這個類別加上「爬樹」的能力（基底類別沒有這項能力）。
• 階層化結構：程式碼更有邏輯、也更容易理解。例如有 Animal、Dog、Cat 這幾個類別，就能一眼看出 Dog 與 Cat 是 Animal 的特例。

範例。如果 Java 沒有繼承，你就得在每個動物類別裡都複製像是 eat()、sleep() 這些方法，以及 name 欄位。要是明天想新增 breathe() 方法，就得修改數十個類別！有了繼承——只要在基底類別中加入「呼吸」的能力即可。

2. 繼承的語法：extends

如何在 Java 中宣告繼承？很簡單：使用關鍵字 extends。

class RoditelskiyKlass {
    // 欄位與方法
}

class Podklass extends RoditelskiyKlass {
    // 額外的欄位與方法
}

範例 1：動物

// 父類別
class Animal {
    String name;

    void eat() {
        System.out.println(name + " 正在吃。");
    }
}

// 子類別
class Cat extends Animal {
    void meow() {
        System.out.println(name + " 說：喵！");
    }
}

這裡發生了什麼？

• Cat 類別繼承了 Animal 類別的所有欄位與方法。
• 因此 Cat 已經擁有 name 欄位與 eat() 方法，即使我們沒有顯式寫出來。
• 另外 Cat 也新增了自己的方法 meow()。

使用方式

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Cat kitty = new Cat();
        kitty.name = "巴爾西克";
        kitty.eat();      // 巴爾西克 正在吃。  (繼承而來)
        kitty.meow();     // 巴爾西克 說：喵！ (自有方法)
    }
}

大功告成！我們用最少的程式碼得到一個新類別，避免了重複。

3. 子類別究竟繼承了什麼？

在 Java 中子類別會繼承：

• 所有公開（public）與受保護（protected）的欄位與方法（來自基底類別）。
• 所有 package-private 的欄位與方法（若子類別位於同一個 package）。

不會繼承：

• 建構子（需要在子類別中顯式宣告）。
• 私有（private）的欄位與方法（它們只在基底類別內可見）。
• 靜態初始化區塊（不會被繼承，但每個類別都可以有自己的）。
• package-private 成員，如果子類別位於不同的 package。

示意

class Animal {
    public String name;
    private int age;

    public void eat() { 
        System.out.println("在吃"); 
    }
    private void secret() { 
        System.out.println("祕密！"); 
    }
}

class Dog extends Animal {
    public void bark() { 
        System.out.println("汪！"); 
    }
}

• Dog 會繼承 name 欄位與 eat() 方法。
• Dog 看不到 age 欄位與 secret() 方法——因為它們是 private。

4. Java 中繼承的限制

Java 相當嚴格，也有自己的規則：

只能單一繼承類別：每個類別只能繼承自一個其他類別。不過，一個類別可以有任意多個子類別。

class Dog extends Animal { ... } // OK
class Dog extends Animal, Pet { ... } // 錯誤！不能這樣

介面可以多重繼承——可以，但這是另一個主題，我們之後再談。

Object 類別——是 Java 中所有類別的祖先。即使你沒有明寫 extends，你的類別也會隱式地繼承 Object。

5. 實用範例

讓我們繼續構建我們的「動物學」應用。

步驟 1. 基底類別 Animal

class Animal {
    String name;

    void eat() {
        System.out.println(name + " 正在吃。");
    }
}

步驟 2. 子類別 Cat

class Cat extends Animal {
    void meow() {
        System.out.println(name + " 說：喵！");
    }
}

步驟 3. 子類別 Dog

class Dog extends Animal {
    void bark() {
        System.out.println(name + " 說：汪！");
    }
}

步驟 4. 使用這些類別

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat();
        cat.name = "穆爾卡";
        cat.eat();   // 穆爾卡 正在吃。
        cat.meow();  // 穆爾卡 說：喵！

        Dog dog = new Dog();
        dog.name = "沙里克";
        dog.eat();   // 沙里克 正在吃。
        dog.bark();  // 沙里克 說：汪！
    }
}

我們得到了什麼？

• Cat 與 Dog 這兩個類別都使用了基底類別中的共用欄位 name 與方法 eat()。
• 每個類別都加入了各自的獨特行為：貓有 meow()，狗有 bark()。
• 如果需要改變動物進食的方式，只要修改 Animal 類別中的 eat() 方法——變更會自動套用到所有子類別。

6. 實用的小細節

視覺化：類別階層

可以這樣想像階層：

.        Animal
        /    \
     Cat     Dog

• Animal——基底類別，包含動物的共通部分。
• Cat 與 Dog——子類別，加入各自的特點。

談談建構子與繼承

建構子不會被繼承。如果你沒有在子類別中定義建構子，而父類別有無參數建構子，Java 會自動加入；若父類別只有帶參數的建構子，則必須在子類別中透過 super(...) 明確呼叫。簡短範例：

class Animal {
    String name;
    Animal(String name) {
        this.name = name;
    }
}

class Cat extends Animal {
    Cat(String name) {
        super(name); // 呼叫父類別的建構子
    }
}

7. 使用繼承時的常見錯誤

錯誤 1：試圖同時繼承多個類別。
在 Java 中不能寫 class Cat extends Animal, Pet。只有一個父類別！

錯誤 2：以為 private 欄位與方法在子類別中也可見。
private 成員不會被存取（更精確地說，它們存在，但在子類別中無法存取）。如果要讓子類別能存取，請使用 protected。

錯誤 3：忘了呼叫父類別建構子。
如果基底類別沒有無參數建構子，而你又沒有顯式呼叫 super(...)，就會出現編譯錯誤。

錯誤 4：為了「省程式碼」而使用繼承，卻不符合語意。
如果類別之間不存在「is-a」關係（is-a），最好不要使用繼承。例如，「人」不應該繼承自「汽車」，即使它們都有 speed 欄位。