Java面向对象之多态，向上转型我们大家庭的由来

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大家好我们今天来学习Java面向对象的三大特性之一的继承，我们大家庭就要来啦~

一：多态的概念

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。（同一个引用，传递过来的对象不一样，所表现得行为就不一样，这样的行为就叫多态）；

二：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

3. 通过父类的引用调用重写的方法（这个时候就会发生动态绑定）

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。

那这几个条件具体是如何实现的呢？

具体给大家看一串代码进行讲解这几个条件

结果我们竟然发现，通过父类的引用调用了这个父类自己的方法（ 父类和子类重写的方法），结果竟然竟然是调用子类的方法： 这个过程我们就叫做动态绑定（也就是多态的基础）

这里我们就简单介绍了方法的重写，以及动态绑定

我们可以看到原本两个类型的对象，却因为向上转型能够被一个引用调用（ 那我是不是可以变相的说他们可以是一个类型的呢？既然可以是一个类型，那我们就想到可以把相同类型的元素组合成一个什么？）

答案是：数组

（接下来我们再具体介绍一下吧）

三：方法的重写

以前我们学习方法的时候我们还学习了方法的重载，那他们两个有什么区别呢？

如图：

并且重写还有很多限制：前三条我表格里面描述过了

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：返回值类型方法名 ( 参数列表 ) 要完全一致

2.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（一般这种很少）

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（不属于对象，不能通过调用（也不是不行，但是不合理）、private（就只能自己类里面用），final（密封方法）修饰的方法、构造方法都不能被重写。

5.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.

为什么静态方法不能进行重写，我还有这两个原因：

1.静态绑定： static 方法使用静态绑定，即在编译时就确定了调用哪个方法。而重写是基于动态绑定的，即在运行时根据对象的实际类型来确定调用哪个方法。

2.不属于同一个层次： static 方法是类级别的，而重写是实例级别的。由于它们属于不同的层次，所以不能相互替换。

【 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（但是我们需要肯定还是要修改的，譬如equal方法，hasCode，toString）。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。

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。

通过父类的引用调用了这个父类自己的方法（ 父类和子类重写的方法），结果竟然竟然是调用子类的方法： 这个过程我们就叫做动态绑定（也就是多态的基础）

命令行指令

javap -c

其实在编译时，确实认为应该调用Animal的eat方法，但是在运行时发现，子类重写了父类这个eat方法，所以会直接调用子类的的eat方法

四：向上转型和向下转型：

4.1.向上转型：

向上转型：实际就是创建一个子类对象，用父类引用来调用它（类型变了（一开始是子类自己的的引用进行调用），但是还是那个对象）

譬如上面代码里面的：

Animal animal = new Cat ( " 元宝 " , 2 );

animal是父类类型，但可以引用一个子类对象，因为是从小范围向大范围的转换。

向上转型有三种表现方式：

1. 直接赋值

2. 方法传参

3. 方法返回

1：直接赋值

Animal animal1 = new Cat("咪咪",2);

Cat cat = new Cat("咪咪",2);
Animal animal1 = cat;

这两种方式一样

2：方法传参

public static void eat(Animal animal){
    animal.eat();
}

Dog dog = new Dog("旺财", 1);
eat(dog);

3：方法返回

向上转型的优点：让代码实现更简单灵活。（一个类型接收，别忘了数组呀）

向上转型的缺陷：不能调用到子类特有的方法。

4.2：向下转型

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引用即可，即向下转换。

但是向下转型很不安全：

一开始是狗的引用转换为动物的引用，但是你向下转型把动物的引用转换为猫的引用（这样就完蛋了）

或者，本来就是一个动物引用，你突然给它转换成猫的引用，让它去调用猫的方法（也不安全）

public class TestAnimal {

public static void main ( String [] args ) {

Cat cat = new Cat ( "咪咪 " , 2 );

Dog dog = new Dog ( "旺财 " , 1 );

// 向上转型

Animal animal = cat ;

animal . eat ();

// 向下转型

// 程序可以通过编程，但运行时抛出异常---因为：animal实际指向的是狗

// 现在 要狗变猫 ，无法正常还原，运行时抛出：ClassCastException

animal = dog ;

animal . eat ();

cat = ( Cat ) animal ;

cat .miMi ();

// animal本来指向的就是狗，因此将animal还原为狗也是安全的

dog = ( Dog ) animal ;

dog . bark ();

}

}

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。

所以我们一定要进行安全检查， 这个时候我们就引入了一个操作符instanceof

4.3:instanceof操作符

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

对象 instanceof 类型

如果对象是指定类型的实例（或该类型的子类的实例），则返回true。

如果对象不是指定类型的实例，则返回false。

public class TestAnimal {

public static void main ( String [] args ) {

Cat cat = new Cat ( " 元宝 " , 2 );

Dog dog = new Dog ( " 小七 " , 1 );

// 向上转型

Animal animal = cat ;

animal . eat ();

animal = dog ;

animal . eat ();

if ( animal instanceof Cat ){ 检查animal是否是Cat的实例，其实也是这个意思：animal是否引用了Cat的对象

cat = ( Cat ) animal ;

cat . mew ();

}

if ( animal instanceof Dog ){

dog = ( Dog ) animal ;

dog . bark ();

}

}

}

instanceof关键词介绍

五：多态的优点和缺点

【 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:

数组来了xdm：

我有注释

class Shape {
    //属性....
    public void draw() {
        System.out.println("画图形！");
    }
}
class Rect extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("♦");
    }
}
class Cycle extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("●");
    }
}
class Flower extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("❀");
    }
}
public class TestShape {
    public static void main(String[] args) {
        Rect rect = new Rect();
        Cycle cycle = new Cycle();
        Flower flower = new Flower();
        String[] shapes = {"cycle", "rect", "cycle", "rect", "flower"};
        //  这里还不是那个多态的数组，就是一个普通的String数组
        //equals被String类重写，后续我会讲到
        for (String shape : shapes) {
            if (shape.equals("cycle")) {
                cycle.draw();//这里就暴力美学呗，一个一个的试试，完全没有向上转型和向下转型以及动态绑定的东西
            } else if (shape.equals("rect")) {//我们上节课就可以写
                rect.draw();
            } else if (shape.equals("flower")) {
                flower.draw();
            }
        }
    }
}

那如果我们用上多态的思想呢？直接就是一个向上转型，来一个引用类型的数组

还记得这句话吗？

我们可以看到原本两个类型的对象，却因为向上转型能够被一个引用调用（ 那我是不是可以变相的说他们可以是一个类型的呢？既然可以是一个类型，那我们就想到可以把相同类型的元素组合成一个什么？

数组

public class TestShape {
    public static void main(String[] args) {
        Rect rect = new Rect();
        Cycle cycle = new Cycle();
        Flower flower = new Flower();

            Shape[] shapes = {new Cycle(), new Rect(), new Cycle(),
                    new Rect(), new Flower()};
            for (Shape shape : shapes) {
                shape.draw();
            }

    }
}

或者实例化传参数也可以

 public static void DrawShape(Shape shape){
        shape.draw();
    }
    DrawShape(flower);

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

含有main方法的代码块变成

public class TestShape {
    public static void main(String[] args) {
        Rect rect = new Rect();
        Cycle cycle = new Cycle();
        Flower flower = new Flower();
        Triangle triangle = new Triangle();
        
// 我们创建了一个 Shape 对象的数组.
            Shape[] shapes = {new Cycle(), new Rect(), new Cycle(),
                    new Rect(), new Flower(),new Triangle()};
            for (Shape shape : shapes) {
                shape.draw();
            }

    }
}

结果：

对于类的调用者来说，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.

缺点：

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

见如下代码~

六：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() {
// do nothing
        func();
    }
    public void func() {
        System.out.println("B.func()");
    }
}
class D extends B {
    private int num = 1;
   
    public D() {

        super();
    }

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

结果：

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或者static方法（你三不能被重写）。

但是如果是静态成员变量就已经被初始化了（在类加载的时候就被初始化了）：

class B {
    public B() {
// do nothing
        func();
    }
    public void func() {
        System.out.println("B.func()");
    }
}
class D extends B {
    private int num = 1;
    private static int num1 = 1;
    static{
        num1 =100;
    }
    public D() {
        super();
    }
    @Override
    public void func() {
        System.out.println("D.func() " + num+"   "+num1);
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
    }
}

结果：

结论 : " 用尽量简单的方式使对象进入可工作状态 ", 尽量不要在构造器中调用方法 ( 如果这个方法被子类重写 , 就会发生动态绑定, 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.

上述就是 Java面向对象之多态的全部内容了，能看到这里相信您一定对小编的文章有了一定的认可，父类引用调用子类对象，以及后面接口的出现，其实都是一个老大带几个小弟的过程，我们的大家庭就这么水灵灵的出现啦~

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