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Java多态详解

简介: Java多态详解
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1.1 概述


导引


多态是继封装、继承之后,面向对象的第三大特性。


生活中,比如跑的动作,小猫、小狗和大象,跑起来是不一样的。再比如飞的动作,昆虫、鸟类和飞机,飞起来也是不一样的。可见,同一行为,通过不同的事物,可以体现出来的不同的形态。多态,描述的就是这样的状态。


定义


多态: 是指同一行为,具有多个不同表现形式。


前提【重点】


  1. 继承或者实现【二选一】


  1. 方法的重写【意义体现:不重写,无意义】


  1. 父类引用指向子类对象【格式体现】


1.2 多态的体现


多态体现的格式:


父类类型 变量名 = new 子类对象;
变量名.方法名();


父类类型:指子类对象继承的父类类型,或者实现的父接口类型。


代码如下:


Fu f = new Zi();
f.method();


当使用多态方式调用方法时,首先检查父类中是否有该方法,如果没有,则编译错误;如果有,执行的是子类重写后方法。


代码如下:


定义父类:


public abstract class Animal {
    public abstract void eat();
}


定义子类:


class Cat extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("吃鱼");
    }
}
class Dog extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("吃骨头");
    }
}


定义测试类:


public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 多态形式,创建对象
        Animal a1 = new Cat();
        // 调用的是 Cat 的 eat
        a1.eat();
        // 多态形式,创建对象
        Animal a2 = new Dog();
        // 调用的是 Dog 的 eat
        a2.eat();
    }
}


1.3 多态的好处


实际开发的过程中,父类类型作为方法形式参数,传递子类对象给方法,进行方法的调用,更能体现出多态的扩展性与便利。


代码如下:


定义父类:


public abstract class Animal {
    public abstract void eat();
}


定义子类:


class Cat extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("吃鱼");
    }
}
class Dog extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("吃骨头");
    }
}


定义测试类:


public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 多态形式,创建对象
        Cat c = new Cat();
        Dog d = new Dog();
        // 调用showCatEat
        showCatEat(c);
        // 调用showDogEat
        showDogEat(d);
        /*
        以上两个方法, 均可以被showAnimalEat(Animal a)方法所替代
        而执行效果一致
        */
        showAnimalEat(c);
        showAnimalEat(d);
    }
    public static void showCatEat (Cat c){
        c.eat();
    }
    public static void showDogEat (Dog d){
        d.eat();
    }
    public static void showAnimalEat (Animal a){
        a.eat();
    }
}


由于多态特性的支持,showAnimalEat方法的Animal类型,是Cat和Dog的父类类型,父类类型接收子类对象,当然可以把Cat对象和Dog对象,传递给方法。


当eat方法执行时,多态规定,执行的是子类重写的方法,那么效果自然与showCatEat、showDogEat方法一致,所以showAnimalEat完全可以替代以上两方法。


不仅仅是替代,在扩展性方面,无论之后再多的子类出现,我们都不需要编写showXxxEat方法了,直接使用showAnimalEat都可以完成。


所以,多态的好处,体现在,可以使程序编写的更简单,并有良好的扩展。


1.4 引用类型转换


多态的转型分为向上转型与向下转型两种:


向上转型


向上转型:多态本身是子类类型向父类类型向上转换的过程,这个过程是默认的。


当父类引用指向一个子类对象时,便是向上转型。


使用格式:


父类类型 变量名 = new 子类类型();
如:Animal a = new Cat();


向下转型


向下转型:父类类型向子类类型向下转换的过程,这个过程是强制的。


一个已经向上转型的子类对象,将父类引用转为子类引用,可以使用强制类型转换的格式,便是向下转型。


使用格式:


子类类型 变量名 = (子类类型) 父类变量名;
如:Cat c =(Cat) a;


为什么要转型


当使用多态方式调用方法时,首先检查父类中是否有该方法,如果没有,则编译错误。也就是说,不能调用子类拥有,而父类没有的方法。


编译都错误,更别说运行了。这也是多态给我们带来的一点"小麻烦"。


所以,想要调用子类特有的方法,必须做向下转型。


转型演示,代码如下:


定义类:


abstract class Animal {
    abstract void eat();
}
class Cat extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("吃鱼");
    }
    public void catchMouse() {
        System.out.println("抓老鼠");
    }
}
class Dog extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("吃骨头");
    }
    public void watchHouse() {
        System.out.println("看家");
    }
}


定义测试类:


public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上转型
        Animal a = new Cat();
        a.eat();
        // 调用的是 Cat 的 eat
        // 向下转型
        Cat c = (Cat)a;
        c.catchMouse();
        // 调用的是 Cat 的 catchMouse
    }
}


结果


吃鱼
抓老鼠


转型的异常※


转型的过程中,一不小心就会遇到这样的问题,请看如下代码:


public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上转型
        Animal a = new Cat();
        a.eat();
        // 调用的是 Cat 的 eat
        // 向下转型
        Dog d = (Dog)a;
        d.watchHouse();
        // 调用的是 Dog 的 watchHouse 【运行报错】
    }
}


这段代码可以通过编译,但是运行时,却报出了 ClassCastException ,类型转换异常!


这是因为:明明创建了Cat类型对象,运行时,当然不能转换成Dog对象的。(这两个类型并没有任何继承关系,不符合类型转换的定义)。


为了避免ClassCastException的发生,Java提供了 instanceof关键字,给引用变量做类型的校验,格式如下:


变量名 instanceof 数据类型
- 如果变量属于该数据类型,返回true。
- 如果变量不属于该数据类型,返回false。


所以,转换前,我们最好先做一个判断,代码如下:


public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上转型
        Animal a = new Cat();
        a.eat();
        // 调用的是 Cat 的 eat
        // 向下转型
        if (a instanceof Cat){
            Cat c = (Cat)a;
            c.catchMouse();
            // 调用的是 Cat 的 catchMouse
        } else if (a instanceof Dog){
            Dog d = (Dog)a;
            d.watchHouse();
            // 调用的是 Dog 的 watchHouse
        }
    }
}


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