不就是Java吗之多态

2.1 多态的概念

多态，字面意思就是多种形态，实际上就是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。

通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同的状态。

比如：

这是一个打印机，去打印照片；彩色打印机打印出来的就是彩色的照片，黑白打印机打印出来的就是黑白的照片；它们完成的动作都是打印，但是实现了不同的效果，这就是一种多态。

或者，比如吃饭这个动作。猫就吃猫粮，狗就吃狗粮，他们进行的都是吃饭的动作，但是吃饭的结果不同(一个猫粮，一个狗粮)，这也是一种多态。

总的来说：同一件事情，发生在不同对象身上，就会产生不同的结果。

2.2 多态的实现条件

在Java中要实现多态，必须要满足如下几个条件，缺一不可：

1. 必须在继承体系下

2. 子类必须要对父类中方法进行重写

   右键->generate->Override Methods

3. 通过父类的引用调用重写的方法

多态的体现：在代码运行时，当传递不同类对象时，会调用对应类中的方法。

Animal.java:

public class Animal {
    public String name;
    public int age;

    public Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void eat() {
        System.out.println(this.name + "吃饭");
    }
}

//1.必须在继承的体系下
class Cat extends Animal {
    public Cat(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    //2.子类必须要对父类中的方法进行重写
    //右键->Generate->Override Methods
    @Override
    public void eat() {
        super.eat();
    }
}

class Dog extends Animal {
    public Dog(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void eat() {
        super.eat();
    }
}
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TestAnimal.java：

public class TestAnimal {
    // 编译器在编译代码时，并不知道要调用Dog 还是 Cat 中eat的方法
  	// 等程序运行起来后，形参a引用的具体对象确定后，才知道调用那个方法
  	// 注意：此处的形参类型必须时父类类型才可以
    
    //3.通过父类的引用调用重写的方法
    public static void eat(Animal animal) {
        animal.eat();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat("咪咪",3);
        Dog dog = new Dog("卡路里",3);

        eat(cat);
        eat(dog);
    }
}

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在上述代码中, Animal.java的代码是 类的实现者 编写的, TestAnimal的代码是 类的调用者 编写的。当类的调用者在编写eat 这个方法的时候, 参数类型为 Animal (父类), 此时在该方法内部并不知道, 也不关注当前的animal 引用指向的是哪个类型(哪个子类)的实例. 此时animal这个引用调用 eat方法可能会有多种不同的表现(和 animal 引用的实例相关), 这种行为就称为 多态.

2.3 多态的三方面

我们先看一段代码：

class Animal {
    public String name;
    public int age;

    public void eat() {
        System.out.println(this.name + "吃饭!");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public String hair;

    public void mew() {
        System.out.println(this.name + "正在叫!");
    }
}

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat();
        cat.eat();//cat对象可以使用父类的方法
        cat.mew();//cat对象也可以使用子类自己的方法
    }
}
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那么既然子类可以访问父类的成员变量以及成员方法，那么我定义一个父类，他能不能访问子类的成员变量以及成员方法呢？

class Animal {
    public String name;
    public int age;

    public void eat() {
        System.out.println(this.name + "吃饭!");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public String hair;

    public void mew() {
        System.out.println(this.name + "正在叫!");
    }
}

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Animal();
        animal.eat();//animal对象可以访问父类自己的方法
        animal.mew();//animal对象访问不了子类的方法
    }
}

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我们可以得知：父类对象只能访问自己的成员

那么接下来，给大家讲解一下向上转型：

2.3.1 向上转型

向上转型，其实就是创建一个子类对象，把他当成父类对象用

语法：

父类类型 对象名 = new 子类类型();
//Animal animal = new Cat();
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三种常见的向上转型：

1. 直接赋值
2. 方法的参数
3. 方法的返回值

2.3.1.1 直接赋值

public static void main2(String[] args) {
    //方式1：
    Cat cat = new Cat();
	Animal animal = cat;//父类引用 引用了 子类的对象
    
    //方式2：
    Animal animal = new Cat();//向上转型
   
}
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那么这时父类还是不能访问子类的成员变量/成员方法，因为animal的类型还是Animal，父类只能访问自己的成员方法/成员属性

public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Cat();
        animal.name = "傲娇";
        animal.age = 22;
        animal.eat();
        animal.mew();//还是访问不了子类的成员属性/成员方法
    }
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总结：向上转型，就是把原来的子类的类型转换成了父类的类型，那么之后就只能去访问父类特有的成员方法或者成员变量。

2.3.1.2 方法的参数

public static void func(Animal animal) {

    }
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat();
        func(cat);
    }
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func函数里面传的是子类的cat对象，func用父类的Animal对象接收，这就实现了向上转型，因为本身我们就可以用Cat cat接收，但是我们用Animal animal也可以接收，这就代表了发生了向上转型。

像这样写也是可以的

public static void func(Animal animal) {

    }
    public static void main(String[] args) {
        func(new Cat());
    }
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因为new Cat()也是实例化一个Cat的对象，用Animal animal接收，发生了向上转型

2.3.1.3 方法的返回值

public static Animal func2() {
        //return new Animal();//返回Animal本身没问题
        return new Cat();//返回子类，用Animal接收，这代表发生了向上转型
    }
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正常情况下，返回值是Animal，那么你返回的对象就应该是Animal类型的，但是返回Cat类型的也可以，这就代表了发生向上转型

2.2.2.4 向下转型(了解)

将一个子类对象经过向上转型之后当成父类方法使用，再无法调用子类的方法，但有时候可能需要调用子类特有的方法，此时：将父类引用再还原为子类对象即可，即向下转换。

class Animal {
    public String name;
    public int age;

    public void eat() {
        System.out.println(this.name + "吃饭!");
    }
}

class Bird extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(this.name + "正在吃鸟食!");
    }

    public void fly() {
        System.out.println(this.name + "正在飞!");
    }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Animal();
        animal.fly();
    }
}
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我们可以看到，此时Animal实例化出来的对象，还是调用不了子类的方法

那么我们这样操作呢

class Animal {
    public String name;
    public int age;

    public void eat() {
        System.out.println(this.name + "吃饭!");
    }
}

class Bird extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(this.name + "正在吃鸟食!");
    }

    public void fly() {
        System.out.println(this.name + "正在飞!");
    }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Bird();
        animal.fly();
    }
}
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这样也是不可以的，现在发生了向上转型

那么接下来这个动作，我们就可以让animal飞起来~

class Animal {
    public String name;
    public int age;

    public void eat() {
        System.out.println(this.name + "吃饭!");
    }
}

class Bird extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(this.name + "正在吃鸟食!");
    }

    public void fly() {
        System.out.println(this.name + "正在飞!");
    }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Bird();
        Bird bird = (Bird)animal;//向下转型-把⽗类给子类了
        bird.fly();
    }
}
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那么向下转型危险性很高，很容易就制造出一个bug，就比如下面这样

class Animal {
    public String name;
    public int age;

    public void eat() {
        System.out.println(this.name + "吃饭!");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public String hair;

    public void mew() {
        System.out.println(this.name + "正在叫!");
    }
}

class Bird extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(this.name + "正在吃鸟食!");
    }

    public void fly() {
        System.out.println(this.name + "正在飞!");
    }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Cat();
        Bird bird = (Bird)animal;
        bird.fly();
    }
}
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那么Java官方也发现了这个问题，给了一个关键字instanceof来解决这个问题

instanceof是用来判断前面这个引用 引用的对象 是不是后面那个对象的实例(animal引用的是不是bird)

public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Bird();
        if(animal instanceof Bird) {
            Bird bird = (Bird)animal;
            bird.fly();
        }
    }
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public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Cat();
        if(animal instanceof Bird) {
            Bird bird = (Bird)animal;
            bird.fly();
        }
    }
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2.2.2.5 向上转型的优缺点

向上转型的优点：让代码实现更简单灵活。
向上转型的缺陷：不能调用到子类特有的方法。

2.3.2 方法重写

重写，也叫做覆盖/覆写。重写是子类对父类非静态、非private修饰，非final修饰，非构造方法等的实现过程进行重新编写, 返回值和形参都不能改变。即外壳不变，核心重写！重写的好处在于子类可以根据需要，定义特定于自己的行为。 也就是说子类能够根据需要实现父类的方法。

2.3.2.1 重写的三个条件

1. 方法名相同
2. 返回值相同
3. 参数列表相同

2.3.2.2 重写的注意事项

1. private方法不能进行重写

   public class Animal {
       public String name;
       public int age;
   
       public Animal(String name, int age) {
           this.name = name;
           this.age = age;
       }
   
       private void eat() {
           System.out.println(this.name + "吃饭");
       }
   }
   
   class Cat extends Animal {
       public Cat(String name, int age) {
           super(name, age);
       }
   
       @Override
       public void eat() {
           System.out.println(super.name + "正在吃猫粮");
       }
   }
   
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2. 静态方法不能进行重写

   public class Animal {
       public String name;
       public int age;
   
       public Animal(String name, int age) {
           this.name = name;
           this.age = age;
       }
   
       public static void eat() {
           System.out.println(name + "吃饭");
       }
   }
   
   class Cat extends Animal {
       public Cat(String name, int age) {
           super(name, age);
       }
   
       @Override
       public void eat() {
           System.out.println(super.name + "正在吃猫粮");
       }
   }
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3. 被final修饰的方法不可以被重写

   public class Animal {
       public String name;
       public int age;
   
       public Animal(String name, int age) {
           this.name = name;
           this.age = age;
       }
   
       final public void eat() {
           System.out.println(name + "吃饭");
       }
   }
   
   
   class Cat extends Animal {
       public Cat(String name, int age) {
           super(name, age);
       }
       
       @Override
       public void eat() {
           System.out.println(super.name + "正在吃猫粮");
       }
   }
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4. 子类的访问修饰限定符权限要大于等于父类

   权限等级：private<default<protected<public

   public class Animal {
       public String name;
       public int age;
   
       public Animal(String name, int age) {
           this.name = name;
           this.age = age;
       }
   
       protected void eat() {
           System.out.println(name + "吃饭");
       }
   }
   
   class Cat extends Animal {
       public Cat(String name, int age) {
           super(name, age);
       }
   
       //子类的访问修饰限定符权限要大于等于父类
       @Override
       public void eat() {
           System.out.println(super.name + "正在吃猫粮");
       }
   }
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   public class Animal {
       public String name;
       public int age;
   
       public Animal(String name, int age) {
           this.name = name;
           this.age = age;
       }
   
       protected void eat() {
           System.out.println(name + "吃饭");
       }
   }
   
   class Cat extends Animal {
       public Cat(String name, int age) {
           super(name, age);
       }
   
       //子类的访问修饰限定符权限要大于等于父类
       @Override
       protected void eat() {
           System.out.println(super.name + "正在吃猫粮");
       }
   }
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2.3.2.3 方法重写的规则

1. 子类在重写父类的方法时，一般必须与父类方法原型一致：修饰符 返回值类型 方法名(参数列表) 要完全一致

2. JDK7以后，被重写的方法返回值类型可以不同，但是必须是具有父子关系的

3. 访问权限不能比父类中被重写的方法的访问权限更低。例如：如果父类方法被public修饰，则子类中重写该方
   法就不能声明为 protected

4. 父类被static、private修饰的方法都不能被重写。

5. 子类和父类在同一个包中，那么子类可以重写父类所有方法，除了声明为 private 和final的方法。

6. 子类和父类不在同一个包中，那么子类只能够重写父类的声明为 public 和 protected 的非 final 方法。

7. 重写的方法, 可以使用 @Override 注解来显式指定. 有了这个注解能帮我们进行一些合法性校验. 例如不小心将方法名字拼写错了 (比如写成 aet), 那么此时编译器就会发现父类中没有 aet 方法, 就会编译报错, 提示无法构成重写.

8. 协变类型：比如返回值构成了父子类关系

   protected Animal eat() {
       
   }
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   @Override
   protected Cat eat() {
       
   }
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2.3.2.4 重载与重写的区别

2.3.2.5 重写的设计原则

对于已经投入使用的类，尽量不要进行修改。最好的方式是：重新定义一个新的类，来重复利用其中共性的内容，并且添加或者改动新的内容。
例如：若干年前的手机，只能打电话，发短信，来电显示只能显示号码，而今天的手机在来电显示的时候，不仅仅可以显示号码，还可以显示头像，地区等。在这个过程当中，我们不应该在原来老的类上进行修改，因为原来的类，可能还在有用户使用，正确做法是：新建一个新手机的类，对来电显示这个方法重写就好了，这样就达到了我们当今的需求了。

2.3.2.6 动态绑定与静态绑定

动态绑定：也称为后期绑定(晚绑定)，即在编译时，不能确定方法的行为，需要等到程序运行时，才能够确定具体调用那个类的方法。

静态绑定：也称为前期绑定(早绑定)，即在编译时，根据用户所传递实参类型就确定了具体调用那个方法。典型代表函数重载。

public class Animal {
    public String name;
    public int age;

    public Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void eat() {
        System.out.println(name + "吃饭");
    }
}


class Cat extends Animal {
    public Cat(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(super.name + "正在吃猫粮");
    }
}

public class TestAnimal {

    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Cat();
        animal.name = "布朗尼";
        animal.eat();//编译的时候，这里面还是Animal的eat方法
    }
}
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我们可以通过Java自带的反汇编工具查看

我们先进行编译，然后使用JDK自带的javap反汇编工具查看，具体操作如下

1. 找到代码所在地
2. out文件夹->production文件夹
3. 按住shift+右键,打开Powershell窗口
4. 输入javap -v TestMethod(文件名)

我们可以看到，在编译期间，还是Animal的eat方法，但是在运行的时候，变成了子类自己的eat方法，这就叫做动态绑定(运行时绑定)，他最大的特点就是：只有在运行的时候才确定调用谁

2.4 继承和多态的组合使用举例

问题场景：我们要实现一个类，这个类的作用是画出不一样的图案。

那么，我们的第一步就是要创建出一个类

class Shape {
    //这里我们就省略具体的属性，直接写成员方法
    public void draw() {
        System.out.println("画图案");
    }
}
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那么我们创建出来的父类，并没有画出具体的图案，他只是在告诉我们现在是在画图案。

那么我们可以创建出不同的关于图案的类，来继承Shape这个类，然后就可以进行重写了

class Cycle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("●");
    }
}

class Rect extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("♦");
    }
}

class Triangle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("▲");
    }
}
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那么我们可以在main方法先测试一下了

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Shape shape = new Shape();
        shape.draw();//画图案
    }
}
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那么我们想要实现不同的打印图案呢，就需要用到多态

多态的实现条件

1. 必须在继承体系下

2. 子类必须要对父类中方法进行重写

   右键->generate->Override Methods

3. 通过父类的引用调用重写的方法

public class TestDemo {
    public static void draw(Shape shape) {
        shape.draw();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Cycle cycle = new Cycle();
        Rect rect = new Rect();
        Triangle triangle = new Triangle();

        draw(cycle);
        draw(rect);
        draw(triangle);
    }
}

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那么这样的代码对后续的更改也很友好。比如我们想要加一个打印花的图案的功能，我们只需要再创建出一个类，然后继承Shape类，对Shape里面的draw方法进行重写即可

class Flower extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("✿");
    }
}
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public class TestDemo {
    public static void draw(Shape shape) {
        shape.draw();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Cycle cycle = new Cycle();
        Rect rect = new Rect();
        Triangle triangle = new Triangle();

        draw(cycle);
        draw(rect);
        draw(triangle);
        draw(new Flower());//这里，我们采用这种初始化的方式，也是可以的。但是只能使用一次，再次使用需要再次new一下
    }
}
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全部代码在这：

class Shape {
    //这里我们就省略具体的属性，直接写成员方法
    public void draw() {
        System.out.println("画图案");
    }
}

class Cycle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("●");
    }
}

class Rect extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("♦");
    }
}

class Triangle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("▲");
    }
}

class Flower extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("✿");
    }
}
public class TestDemo {
    public static void draw(Shape shape) {
        shape.draw();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Cycle cycle = new Cycle();
        Rect rect = new Rect();
        Triangle triangle = new Triangle();

        draw(cycle);
        draw(rect);
        draw(triangle);
        draw(new Flower());
    }
    public static void main1(String[] args) {
        Shape shape = new Shape();
        shape.draw();
    }
}

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2.5 多态的优缺点

优点：

1. 能够降低代码的 “圈复杂度”, 避免使用大量的 if - else

   圈复杂度：一段代码中条件语句和循环语句出现的个数

   如果一个代码的圈复杂度过高，就要考虑重构(推倒重来)

   一般对于圈复杂度的要求，是不能超过10的

   比如我们刚刚的例子，我们想要打印多个形状的话，而且还不能用多态的思想，那么代码的实现如下

   public static void drawShapes() {
       Rect rect = new Rect();
       Cycle cycle = new Cycle();
       Flower flower = new Flower();
       String[] shapes = {"cycle", "rect", "cycle", "rect", "flower"};//定义一个String数组存放
   
       //遍历数组，如果字符串匹配，那么就执行draw方法
       for (String shape : shapes) {
           if (shape.equals("cycle")) {
               cycle.draw();
           } else if (shape.equals("rect")) {
               rect.draw();
           } else if (shape.equals("flower")) {
               flower.draw();
           }
       }
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   如果使用了多态，那么就不用写这么多的if-else了，降低了代码的圈复杂度

   public static void drawShapes() {
       Rect rect = new Rect();
       Cycle cycle = new Cycle();
       Flower flower = new Flower();
       Shape[] shapes = {cycle,rect,cycle,rect,flower};
       for (Shape shape : shapes) {
           shape.draw();
       }
   }
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2. 可扩展能力强：如果要新增一种新的形状, 使用多态的方式代码改动成本也比较低.

   就比如刚才，我们添加的Flower方法，就是这样。对于类的调用者来说，只需要在创建一个Flower的实例即可，改动成本很低

缺点：代码的运行效率降低(可以考虑组合)

2.6 避免在构造方法中调用重写的方法

我们看这段代码：

class B {
    public B() {
        func();
    }
    public void func() {
        System.out.println("B.func()");
    }
}
class D extends B {
    @Override
    public void func() {
        System.out.println("D.func() ");
    }
}
public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
    }
}
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结果是D.func()

其实这段代码是长这个样子的

class B {
    public B() {
        func();
    }
    public void func() {
        System.out.println("B.func()");
    }
}
class D extends B {
    D() {
        super();
    }
    @Override
    public void func() {
        System.out.println("D.func() ");
    }
}
public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
    }
}
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D里面默认会有一个不带参数的构造函数来调用B里面的构造函数。

可是类B里面的构造函数的func()不应该调用B类里面的func函数吗？咱么调用的是D类里面重写的func函数？

这就是他的离谱之处了。所以大家要避免在构造方法中调用重写的函数，以防出问题找不到

下面是它的运行的图解