【JavaSE】多态

多态

多态的概念：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：猫和狗都是动物，吃饭这个动作，猫吃的就是猫粮，狗吃的就是狗粮。
彩色打印机和黑白打印机都是打印机，在执行打印这个动作时黑白打印机打印的时黑白的，彩色打印机打印的是彩色的。
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。

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
3. 通过父类的引用调用重写的方法

第一个条件继承在上一章节已经介绍了，接下来就要介绍重写和向上转型来为多态的实现做铺垫

重写

重写(override)：也称为覆盖。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。
例子：构造一个Animal类和Dog类，Dog类继承Animal类

class Animal{
    public String name;
    public int age;

    public void eat(){
        System.out.println(name + "正在吃饭！");
    }
    public Animal(String name){
        this.name = name;
    }
}

class Dog extends Animal{
    @Override//进行重写的一些合法性校验
    public void eat() {//重写
        System.out.println(name + "正在吃狗粮");
    }
    public void houseGuard(){
        System.out.println(super.name + "正在看家护院！！");
    }
    public Dog(String name){
        super(name);
    }
}
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在idea中重写的快捷方式

【方法重写的规则】

• 子类在重写父类的方法时，一般必须与父类方法原型一致： 返回值类型 方法名 (参数列表) 要完全一致
• 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
• 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。(类似与继承关系中，子类方法中super关键字引用父类属性)。
• 父类被static、private和final修饰的方法、构造方法都不能被重写。
• 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.

【重写和重载的区别】

即：方法重载是一个类的多态性表现,而方法重写是子类与父类的一种多态性表现。

【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。

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。

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。

向上转移和向下转型

向上转型

向上转型：实际就是创建一个子类对象，将其当成父类对象来使用。语法格式：父类类型 对象名 = new 子类类型()

class Animal{
    public String name;
    public int age;

    public void eat(){
        System.out.println(name + "正在吃饭！");
    }
    public Animal(String name){
        this.name = name;
    }
}

class Dog extends Animal{
    @Override//进行重写的一些合法性校验
    public void eat() {//重写
        System.out.println(name + "正在吃狗粮");
    }
    public void houseGuard(){
        System.out.println(super.name + "正在看家护院！！");
    }
    public Dog(String name){
        super(name);
    }
}
class Cat extends Animal{
    @Override
    public void eat() {//重写--> 动态绑定
        System.out.println(name + "正在吃猫粮");
    }
    public void catchMouse(){
        System.out.println(super.name + "正在抓老鼠！！");
    }
    public Cat(String name){
        super(name);
    }
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
        Animal animal1 = new Dog("来福");
        animal1.eat();
        Animal animal2 = new Cat("二喵");
        animal2.eat();
        //animal2.houseGuard(); ERROR Animal类中没有houseGuard方法
    }
}
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该程序编译时 eat还是Animal的方法，但是程序运行时变成了子类的方法，我们说这个过程叫做动态绑定。

向上转型一共有三种使用场景

1. 直接赋值2. 方法传参3. 方法返回

上面的是场景1，接下来介绍场景2和场景3

public class Test {
	public static Animal func2(){
        return new Cat("二喵");//返回值正确，因为发生向上转型。
    }

    public static void func(Animal animal){
        animal.eat();//方法传参发生向上转型
    }

    public static void main2(String[] args) {
        Dog dog = new Dog("来福");
        func(dog);

        Cat cat = new Cat("二喵");
        func(cat);
    }
}
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输出结果如上图所示，func方法中的animal.eat(),此时一个引用 调用一个方法，因为这个引用 引用的对象不一样，导致调用这个方法所表现的行为不一样。这种思想就叫做多态。

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。

向下转型

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。

public class Test {
    public static void main3(String[] args) {
        Animal animal = new Cat("二喵");
        //animal.catchMouse();ERROR
        Cat cat = (Cat)animal;
        cat.catchMouse();
    }
}
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但是向下转型也会有不安全的时候

public class Test {
 	public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Dog("来福");
        Cat cat = (Cat) animal;
        cat.catchMouse();
    }
}
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向下转型用的比较少，而且不安全，万一转换失败，运行时就会抛异常。Java中为了提高向下转型的安全性，引入了instanceof，如果该表达式为true，则可以安全转换。

public class Test {
 	public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Dog("来福");
        if(animal instanceof Cat){
            Cat cat = (Cat) animal;
            cat.catchMouse();
        }
    }
}
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instanceof 关键词官方介绍

多态的实现

上面我们已经了解到：
多态体现：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。

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
3. 通过父类的引用调用重写的方法

class Shape{
    public void draw(){
        System.out.println("画图形");
    }
}
class Rect extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画矩形");
    }
}
class Cycle extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画圆形");
    }
}
class Triangle extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画三角形");
    }
}
class Flower extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("❀❀");
    }
}
public class TestDemo {
	public static void drawMap(Shape shape){
        shape.draw();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Rect rect = new Rect();
        drawMap(rect);
        drawMap(new Cycle());
        drawMap(new Triangle());
        drawMap(new Flower());
	}
}
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多态的优缺点

【使用多态的好处】

1. 能够降低代码的 “圈复杂度”, 避免使用大量的 if - else

什么叫 “圈复杂度” ?
圈复杂度是一种描述一段代码复杂程度的方式. 一段代码如果平铺直叙, 那么就比较简单容易理解. 而如果有很多的条件分支或者循环语句, 就认为理解起来更复杂.
因此我们可以简单粗暴的计算一段代码中条件语句和循环语句出现的个数, 这个个数就称为 “圈复杂度”.如果一个方法的圈复杂度太高, 就需要考虑重构.
不同公司对于代码的圈复杂度的规范不一样. 一般不会超过 10 .

例如我们现在需要打印的不是一个形状了, 而是多个形状. 如果不基于多态, 实现代码如下:

public class TestDemo {
    public static void drawShapes() {//不用多态
        String[] strings = {"cycle", "rect", "cycle", "rect", "flower"};
        for (String x : strings) {
            if (x.equals("cycle")) {
                Cycle cycle = new Cycle();
                cycle.draw();
            } else if (x.equals("rect")) {
                Rect rect = new Rect();
                rect.draw();
            } else {
                Flower flower = new Flower();
                flower.draw();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        drawShapes();
    }
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    public static void drawShapes(){//使用多态
        Shape[] shapes = {new Cycle(),new Rect(),new Cycle(),new Rect(),new Flower()};
        for (Shape s: shapes) {
            s.draw();
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        drawShapes();
    }
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2. 可扩展能力更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.

class Square extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画正方形");
    }
}
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对于类的调用者来说(drawShapes方法), 只要创建一个新类的实例就可以了, 改动成本很低.而对于不用多态的情况, 就要把 drawShapes 中的 if - else 进行一定的修改, 改动成本更高.

多态缺陷：代码的运行效率降低。

1. 属性没有多态性当父类和子类都有同名属性的时候，通过父类引用，只能引用父类自己的成员属性
2. 构造方法没有多态性

避免在构造方法中调用重写的方法

一段有坑的代码. 我们创建两个类, B 是父类, D 是子类. D 中重写 func 方法. 并且在 B 的构造方法中调用 func

class B{
    public B(){
        func();
    }
    public void func(){
        System.out.println("B::func()");
    }
}
class D extends B{
    private int num = 1;
    @Override
    public void func() {
        System.out.println("D::func()" + num);
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
    }
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• 构造 D 对象的同时, 会调用 B 的构造方法.
• B 的构造方法中调用了 func 方法, 此时会触发动态绑定, 会调用到 D 中的 func
• 此时 D 对象自身还没有构造, 此时 num 处在未初始化的状态, 值为 0.
• 如果具备多态性，num的值应该是1.所以在构造函数内，尽量避免使用实例方法，除了final和private方法。

结论:“用尽量简单的方式使对象进入可工作状态”, 尽量不要在构造方法中调用方法(如果这个方法被子类重写, 就会触发动态绑定, 但是此时子类对象还没构造完成), 可能会出现一些隐藏的但是又极难发现的问题.