Java中多态的基本使用:

学习多态基础语法之前,我们需要普及两个概念:

第一个:向上转型
子类(多) --> 父类(少) (自动型)

第二个:向下转型
父类(少) --> 子类(多) (强制型,需要加强制类型转换符)

注意:Java中允许向上转型,也允许向下转型。
无论是向上转型,还是向下转型,两种类型之间必须有继承关系


下面设计几个类:

//父类,动物类
class Animal {
	protected void run() { 
		System.out.println("动物在移动!!!");
	}
}


//子类,猫类
class Cat extends Animal {
//重写run()方法
	public void run() {
		System.out.println("猫在走猫步!!!");
	}
//子类应该会有自己特有的方法,比如猫会抓老鼠
	public void catchMouse() {
		System.out.println("猫正在抓老鼠!!!");
}
}
//子类,鸟儿类
class Bird extends Animal {
	//重写移动方法
	public void run() {
		System.out.println("鸟儿在飞翔!!!");
	}
}

我们来看一下“向上转型”,也就是“父类型的引用指向子类型的对象”(自动型,直接转)

Animal a2 = new Cat();
a2.run();  //输出:猫在走猫步!!!

分析一下执行过程:a2.run()

java程序分为编译阶段和运行阶段。

编译阶段:在编译时,编译器只知道a2的类型是Animal,编译阶段并没有进行实例化对象,也就没有进行new对象,所以在编译检查a2.run()的语法时,会去a2对象的Animal.class字节码中找run()方法,成功找到,绑定上run()方法,编译通过,静态绑定成功(编译阶段属于静态绑定)。

运行阶段:运行代码时,实际上在堆内存中创建的对象是一个Cat对象,也就是在栈内存当中的a2变量引用指向堆内存中的那只Cat对象,执行a2.run()时动态执行的是a2指向的Cat对象内部的run()方法,故输出“猫在走猫步!!!”。这一阶段属于运行绑定(运行绑定属于动态绑定)。


再来理解一下多态的定义:
多态指的是,父类型的引用指向子类型的对象。
在编译中一种形态,运行时另一种形态。

包括编译阶段和运行阶段。
编译阶段:静态绑定父类的方法。
运行阶段:动态绑定子类型对象的方法。

多种形态,编译时一种形态,运行时另一种形态,故称为多态。

我们来分析一下下面一行的代码能否执行?

//Animal a2 = new Cat();
//a2.catchMouse();

显然不行,因为在编译时会静态的去a2类字节码中找catchMouse()方法,没找到,静态绑定失败,编译不通过。


什么时候使用“向下转型”?

注意:不要随便做强制类型转换。当你需要访问子类对象中“特有”的方法,此时必须进行向下强制转型。

Animal a2 = new Cat();
//a2是一个Animal型引用变量,把它强制向下转成猫类型
Cat xCat = (Cat)a2;
//catchMouse()是子类中特有的方法,需向下转型
xCat.catchMouse(); //输出:猫正在抓老鼠!!!

//我们思考一个问题:向下转型有风险吗?分析以下代码

Animal a3 = new Bird();
Cat yCat = (Cat)a3;
yCat.catchMouse();

//编译阶段:Animal a3,a3型与Cat存在继承关系,故Animal a3能强制转为Cat型,yCat对象字节码内存在catchMouse()方法,静态绑定成功,编译通过。

//运行阶段:实例化的对象实际是一只“鸟儿”,拿着Bird强转为Cat,最后运行动态绑定的是鸟儿对象的catchMouse()方法,动态绑定失败,运行报错java.lang.ClassCastException(类型转换异常)。


如何避免类型转换异常的发生?

用运算符:instanceof
语法:(x instanceof ClassA)
作用:在运行阶段动态判断“引用变量指向的堆内存对象是否属于ClassA”。

返回值:
真:表示“引用变量x指向的堆内存对象属于ClassA”;
假:表示“引用变量x指向的堆内存对象不属于ClassA”。

程序员以后在向下转型的时候,应该养成好习惯,对所有的向下转型的变量先进行instanceof类型判断,再进行是否强制转换。

例如解决上面转型失败的问题:

Animal a3 = new Bird();
if (a3 instanceof Cat) {// 如果a3是一只Cat,显然a3指向的是Bird,条件不成立
	Cat yCat = (Cat)a3;
	yCat.catchMouse(); //无输出
}

多态语法测试代码如下:

public class MyTest {

	public static void main(String[] args) {
		//方法的覆盖
		Animal a1 = new Animal();
		a1.run();  //输出:动物在移动!!!
		Cat c1 = new Cat();
		c1.run();  //输出:猫在走猫步!!!
		Bird b1 = new Bird(); 
		b1.run();  //输出:鸟儿在飞翔!!!
				
		//父类型的引用指向子类型的对象,也就是向上转型(自动型)
		Animal a2 = new Cat();
		a2.run();  //输出:猫在走猫步!!!
		
		//Dog类没有继承Animal,转型失败,编译报错
		//Animal a3 = new Dog();
		//Dog d1 = new Animal();
		
		//分析一下下面一行的代码能否执行?
		//a2.catchMouse();
		//显然不行,因为在编译时会静态的去a2类字节码中找catchMouse()方法,没找到,静态绑定失败,编译不通过。
		
		//如果我写到这里,暴脾气上来了,就要用a2.catchMouse()去抓老鼠,那该怎么办? 行,那就引出向下转型
		//a2是一个Animal型引用变量,把它强制向下转成猫类型
		Cat xCat = (Cat)a2;
		xCat.catchMouse(); //输出:猫正在抓老鼠!!!
		
		//我们思考一个问题:向下转型有风险吗?分析以下代码
		/*Animal a3 = new Bird();
		Cat yCat = (Cat)a3;
		yCat.catchMouse();*/
		//编译阶段:Animal a3,a3型与Cat存在继承关系,故Animal a3能强制转为Cat型,yCat对象字节码内存在catchMouse()方法,静态绑定成功,编译通过。
		//运行阶段:实例化的对象实际是一只“鸟儿”,拿着Bird强转为Cat,最后运行动态绑定的是鸟儿对象的catchMouse()方法,动态绑定失败,运行报错。
		//为避免向下转型出现ClassCastException(类型转换异常),我们使用instanceof判断。
		Animal a3 = new Bird();
		if (a3 instanceof Cat) {// 如果a3是一只Cat,显然a3指向的是Bird,条件不成立
			Cat yCat = (Cat)a3;
			yCat.catchMouse(); //无输出
		}
		
	}
}

//父类,动物类
class Animal {
	// 移动方法,访问权限为protected,比public低
	public void run() { 
		System.out.println("动物在移动!!!");
	}
}

//子类,猫类
class Cat extends Animal {
	//改方法的访问权限不能比原继承方法的访问权限低,可以更高
	public void run() {
		System.out.println("猫在走猫步!!!");
		// 这里不能抛出异常,因为抛出异常数=1 > 继承方法的抛出异常数=0
	}
	
	//子类应该会有自己特有的方法,比如猫会抓老鼠
	public void catchMouse() {
		System.out.println("猫正在抓老鼠!!!");
	}
}

//子类,鸟儿类
class Bird extends Animal {
	//重写移动方法
	public void run() {
		System.out.println("鸟儿在飞翔!!!");
	}
}

//狗类,这个类没有继承Animal类
class Dog {
	
}

下面给道例题理解一下多态在开发中的作用:

/*
 * 编写程序模拟主人喂养宠物的场景:
 * 	提示一:
 * 		主人类:Master
 * 		宠物类:Pet
 * 		宠物子类:Dog,Cat,Bird
 * 	提示二:
 * 		主人应该有喂养方法:feed()
 * 		宠物应该有吃的方法:eat()
 * 		只要主人喂养,宠物就吃。
 * 
 * 要求:主人类中只提供一个喂养方法feed(),要求达到可以喂养各种类型的宠物。
 * 	编写测试程序:创建主人对象
 * 			创建各种宠物对象
 * 			调用主人的喂养方法feed(),喂养不同的宠物,观察执行结果。
 * 	通过改案例,理解多态在开发中的作用。
 * 	重要提示:feed()方法是否需要一个参数,参数选什么类型??? 
 */

public class MyTest{
	public static void main(String[] args) {
		//实例化主人类
		Master pipi = new Master();
		//实例化三种宠物类
		Dog d1 = new Dog();
		Cat c1 = new Cat();
		Bird b1 = new Bird();
		//主人调用自己的喂养方法feed()来实现不同宠物的吃方法eat()
		pipi.feed(d1);
		pipi.feed(c1);
		pipi.feed(b1);
	}
}

//主人类
class Master {
	//feed()方法
	public void feed(Pet pet) {
		pet.eat();
	}
}

//宠物类
class Pet {
	//eat()方法
	public void eat() {
		System.out.println("宠物" + "在吃东西!!!");
	}
}

//宠物子类,Dog类
class Dog extends Pet {
	//重写eat()方法
	public void eat() {
		System.out.println("狗狗" + "喜欢啃骨头!!!");
	}
}

//宠物子类,Cat类
class Cat extends Pet {
	//重写eat()方法
	public void eat() {
		System.out.println("猫儿" + "喜欢吃鱼!!!");
	}
}

//宠物子类,Bird类
class Bird extends Pet {
	//重写eat()方法
	public void eat() {
		System.out.println("鸟儿" + "喜欢吃虫子!!!");
	}
}