下面讲解一下Java中的多态机制,力求用最通俗易懂的语言,最精炼的话语,最生动的例子,深入浅出Java多态,帮助读者轻松掌握这个知识点。
什么是多态?
多态是指同一种行为具有多个不同表现形式的能力。
多态的分类
多态一般分为重载式多态和重写式多态:
多态实现的必要条件
向上转型和向下转型
instanceof 操作符来检查引用的对象是否确实是目标子类的实例。多态的成员访问特点
举个栗子:
// 水果类,拥有一个show()方法
public class Fruits {
public void show() {
System.out.println("我水果之父,打钱!");
}
}
// 苹果类,实现父类水果,并重写show()方法
public class Apple extends Fruits{
@Override
public void show() {
System.out.println("我苹果,打钱!");
}
public void color() {
System.out.println("我是红色的苹果。");
}
}
// 香蕉类,实现父类水果,并重写show()方法
class Banana extends Fruits {
@Override
public void show() {
System.out.println("我香蕉,打钱!");
}
public void color() {
System.out.println("我是黄色的香蕉。");
}
}
// 测试类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Fruits fruit = new Apple(); // 向上转型
fruit.show(); // 我苹果,打钱!
fruit = new Banana(); // 向上转型
fruit.show(); // 我香蕉,打钱!
}
}
这就是向上转型,Fruits fruit = new Apple();将子类对象Apple转化为父类对象Fruits,这个时候fruit引用指向的是子类对象,所以调用的方法是子类方法。
需要注意的是:向上转型时,子类单独定义的方法会丢失。比如,上面案例中的Apple类和Banana类都定义了自己的color方法,当进行了向上转型后,fruit引用指向Apple类的实例时是访问不到color方法的,fruit.color()会报错。
下面给出原因:
我们需要时刻记住多态的成员访问特点:编译时看左边,运行时看右边。
比如Fruits fruit = new Apple();,这行代码中的变量fruit在编译时和运行时的类型如下:
总结:在编译时,fruit的类型是Fruits,这决定了我们可以对fruit调用哪些方法。在运行时,fruit实际指向的对象是Apple类型,这决定了当我们调用fruit的方法时,实际执行的是哪个版本的方法(即Fruits类中的原始方法还是Apple类中的重写方法)。
上面讲的是向上转型,下面我们来讲一下向下转型:
// 测试类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Fruits fruit = new Apple(); // 向上转型
fruit.show(); // 我苹果,打钱!
fruit = new Banana(); // 向上转型
fruit.show(); // 我香蕉,打钱!
if (fruit instanceof Banana) {
Banana banana = (Banana) fruit; // 向下转型
banana.color(); // 我是黄色的香蕉。
}
}
}
注意:在进行向下转型之前,使用instanceof操作符进行检查是很重要的,否则,如果对象不是正确的类型,转型会抛出异常。
当使用instanceof关键字进行类型检查时,它会查看对象的运行时类型,而不是编译时类型。比如上面的例子中,fruit instanceof Banana这里fruit的引用在运行时指向一个Banana类型的对象,所以这个表达式的结果是true。简而言之,instanceof关键字总是基于对象的实际运行时类型来进行判断。
在向下转型中,子类引用指向父类对象(父类型,实例是子类的实例化),通常需要进行强制类型转换,但是这里有个需要注意的问题。
// 测试类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Fruits fruit = new Apple(); // 向上转型
Apple apple = (Apple) fruit; // 向下转型,强制类型转换
apple.color(); // 我是红色的苹果。
Banana banana = (Banana) fruit; // 报错:java.lang.ClassCastException
Fruits f1 = new Fruits();
Apple a1 = (Apple) f1; // 报错:java.lang.ClassCastException
}
}
为什么Apple apple = (Apple)fruit;没有报错可以转换成功呢?因为apple本身就是Apple对象,所以理所当然可以向下转型为Apple,因此自然也就不能转换成Banana,人可以干出指鹿为马的事情,但是编译器不行,不会指着苹果说是香蕉。
而f1是Fruits对象,它也不能被向下转型为任何子类对象,就好比你买了一个不知名的水果,你只知道它是一种水果,但是你不能直接说这个水果是苹果或者香蕉。
总结一下向下转型需要注意的问题:
最后来看一个多态的经典案例:
public class A { // A类
public String show(D obj) {
return ("A and D");
}
public String show(A obj) {
return ("A and A");
}
}
public class B extends A { // B类
public String show(B obj){
return ("B and B");
}
public String show(A obj) {
return ("B and A");
}
}
public class C extends B { // C类
}
public class D extends B { // D类
}
// 测试类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
A a1 = new A();
A a2 = new B();
B b = new B();
C c = new C();
D d = new D();
System.out.println("1--" + a1.show(b)); // 1--A and A
System.out.println("2--" + a1.show(c)); // 2--A and A
System.out.println("3--" + a1.show(d)); // 3--A and D
System.out.println("4--" + a2.show(b)); // 4--B and A
System.out.println("5--" + a2.show(c)); // 5--B and A
System.out.println("6--" + a2.show(d)); // 6--A and D
System.out.println("7--" + b.show(b)); // 7--B and B
System.out.println("8--" + b.show(c)); // 8--B and B
System.out.println("9--" + b.show(d)); // 9--A and D
}
}
前三条输出语句还好理解,从第四条开始,为什么不是输出4–B and B而是4–B and A呢?
网上博客给的一句话:当父类对象引用变量引用子类对象时,被引用对象的类型决定了调用谁的成员方法,但是这个被调用的方法必须是在父类中定义过的,也就是说被子类覆盖的方法。这句话对多态进行了一个概括,其实在继承中对象方法的调用存在一个优先级:this.show(O)、super.show(O)、this.show((super)O)、super.show((super)O)。
这句话有点长,很抽象,我用最通俗易懂的来理解:
在这里,a2 是一个类型为 A 的引用,但它实际上引用的是一个 B 类型的对象。因此,当我们调用 a2.show(b) 时,以下是发生的事情:
a2 的编译时类型,即 A。它会检查类 A 中是否有一个接受 B 类型参数的 show 方法。但是,类 A 中并没有明确接受 B 类型参数的 show 方法。因此,编译器会选择一个更为通用的版本,即 show(A obj),因为 B 是 A 的子类。a2实际引用的对象类型,即B。由于B类重写了show(A obj)方法,因此JVM会调用B类中的这个版本,即B and A。换句话说,A a2 = new B();这行代码进行了向上转型,前面说过向上转型之后,子类单独定义的方法会丢失(即B类中的show(B obj)不能被调用),那么这个时候a2可以调用的方法就剩下A类中的show(D obj)、show(A obj)以及B类中的show(A obj)。然后再根据我们的口诀“编译时看左边,运行时看右边”,当运行时a2引用的就是B对象,故最终a2.show(b)就是在调用B类中的show(A obj)。
接下来再分析第五条a2.show(c):
首先A a2 = new B();进行向上转型,那么,a2能调用的方法还是A类中的show(D obj)、show(A obj)以及B类中的show(A obj),按照继承链中调用方法的优先级,a2是A类型的引用变量,所以继承链方法调用优先级中this.show(O)的this就代表了A,显然A类中的方法不满足这个要求,跳过,所以接下来是super.show(O),A类没有父类(除了Object类),再次跳过,然后是this.show((super)O),C继承于B,B继承于A,所以show(A obj)满足要求,由于a2变量引用的对象类型是B类型,而B类型又重写了该方法,所以最终调用的是B类中的show(A obj),所以最后输出为B and A。
剩下的输出结果依次分析即可。
至此我们已经完整讲完Java多态机制,每天一个小知识点,每天进步一点点。