【Java面向对象三大特征——多态】

ImAileen

发布于 2024-12-04 08:18:55

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文章被收录于专栏：Python数据结构与算法Python数据结构与算法

多态

多态：完成某个行为，当不同对象去完成时会产生出不同的状态。（同一件事，发生在不同对象身上，产生不同的效果。eg：动物吃粮食这个动作，对于猫是吃猫粮，狗是吃狗粮。）

`多态实现条件`

在Java中要实现多态，必须要满足以下几个条件，缺一不可：
1. 必须在继承体系下
2. 子类必须要对父类中的方法进行重写。
3. 通过父类的引用调用重写的方法

多态体现在：代码运行时，当传递不同的对象时，会调用对应类中的方法。

对比上面Animal和Dog的eat方法我们可得到以下关于方法重写的结论：

这两个方法的方法名一样。
参数列表（个数，数据类型，顺序）一样。
返回值一样。

向上转型：父类引用引用了子类的对象。

向上转型是发生多态的条件之一。

动态绑定：方法重写，父类和子类拥有同样的方法（子类通过重写父类的eat方法），（通过父类对象的引用调用此时调用的是子类的方法），如下图所示：我们通过父类的引用animal1来调用子类的eat方法这就是动态绑定。

动态绑定，编译时期无法确定或者确定其他的。我们可以通过下图中的反汇编代码看到在编译期间，我们通过animal1引用调用的eat方法还是Animal的，而在根据运行结果我们可以知道，运行的时候animal1这个引用调用的是Dog的eat方法，这个方法从animal绑定到（dog的eat方法）或其它函数方法执行的过程就叫做动态绑定。

动态绑定过程：
- 1.通过父类引用引用子类对象。
- 2.通过父类引用去调用父类和子类同名的方法，此时调用的方法是子类的方法

静态绑定：重载就是一种静态绑定，编译时期绑定的，根据所传参数的不一样来确定调用哪一个方法。

方法的重载，在编译时根据参数个数就能够自动调用相应的方法。

当父类有构造方法时，子类在进行构造之前需要先帮助父类构造进行初始化

向上转型的第一种传参方式：直接赋值

向上转型的第二种传参方式：通过传参

本来Animal就是父类类型的引用，然后返回任何一个子类对象，这三种写法本质一样，只是搭配组合的问题。

向上转型的第三种方式：通过返回值

`重写`

`不能进行重写的情况`

1.被final修饰的叫密封方法，是不能够进行重写（@Override，作为注解用来检测是否有重写）的。

2.被static修饰的方法也不能够进行重写 不同访问修饰符在Java中的访问权限：

访问修饰符	同一包中的同类	同一包中的不同类	不同包中的子类	不同包中的非子类
private	√
default (no modifier)	√	√
protected	√	√	√
public	√	√	√	√

3.子类重写父类的时候，子类的方法访问修饰限定符权限要大于等于父类。有两个比较特殊的

①.被private修饰的方法不能够进行重写，这是由于private方法的访问级别最低，他们不能被子类访问，因此也就无法被子类重写。

②.被public修饰的方法本来权限就已经是最大的了，所以重写的子类方法也得是public的。

4.构造方法不能够进行重写

`能够重写的条件`

`普通重写`

`类型之间构成父子关系的重写`

被重写的方法返回类型可以不同，但必须具有父子关系。

同一个引用（animal）调用了同一个方法（eat），但是因为引用的对象（一个是mydog一个是mybird）不一样，所表现的行为不一样（狗吃狗粮鸟吃饲料），我们把这种思想称为多态。

`向上转型`

package demo1;

class Aniamal{
    public String name;
    public  int age;

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

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

class Bird extends Aniamal{

    //创建Bird的构造方法
    public  Bird(String name,int age){
        super(name,age);
    }

    public void eat(){
        System.out.println(this.name + " 正在吃鸟饲料");
    }

    public void fly(){
        System.out.println(this.name + " 正在飞翔~");
    }
}

class Dog extends Aniamal{
    public  String color;

    public Dog(String name , int age, String color){
        super(name, age);
        this.color = color;
    }
    public void barks(){
        System.out.println(this.name + " 正在汪汪叫！");
    }

    public void eat(){
        System.out.println(this.name + " 正在吃狗粮。");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Aniamal animal2 = new Bird("妙妙",6);
        //向上转型
        animal2.eat();}
  }

向上转型的优点：让代码的实现更简单灵活
向上转型的缺陷：不能调用到子类特有的方法（除非子类重写了父类的方法）

`向下转型`

package demo1;

class Aniamal{
    public String name;
    public  int age;

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

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

class Bird extends Aniamal{

    //创建Bird的构造方法
    public  Bird(String name,int age){
        super(name,age);
    }

    public void eat(){
        System.out.println(this.name + " 正在吃鸟饲料");
    }

    public void fly(){
        System.out.println(this.name + " 正在飞翔~");
    }
}

class Dog extends Aniamal{
    public  String color;

    public Dog(String name , int age, String color){
        super(name, age);
        this.color = color;
    }
    public void barks(){
        System.out.println(this.name + " 正在汪汪叫！");
    }

    public void eat(){
        System.out.println(this.name + " 正在吃狗粮。");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Aniamal animal2 = new Bird("妙妙",6);
        //向下转型 -> 正常版
        Bird bird = (Bird) animal2;
        bird.fly();

        Aniamal animal1 = new Dog("旺旺",7,"red");
        //向下转型需要进行条件判断 -> 因为这个fly是鸟的方法
        if (animal1 instanceof Bird) {
            Bird bird2 = (Bird) animal1;
            bird2.fly();
        }else{
            System.out.println("we can't use this method ");
        }
	}
  }

向下转型用的较少，且不安全，万一转换失败，运行时会抛出异常。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。

`避免在构造方法中调用重写方法`

package demo1;
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() ");
    }
}

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
    }
}

上面的代码在创建D的对象的时候会先执行D的构造方法，然后通过super调用其父类B的构造方法，由于B的构造方法里面调用了func这个无参的方法，这里会被误以为是调用父类的方法func，但根据实际上的运行结果是调用了子类D的方法func，这是因为在父类构造方法中，调用父类和子类同名的方法的时候也会发生动态绑定，这意味着构造方法内也会发生动态绑定。

package demo1;
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 Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
    }
}

我们在上面代码基础上，给子类重写的方法func加上参数num，打印结果居然是0，而不是1，这是为什么呢？下面我们将通过调试看一下它是怎么运行的。

根据上面的调试过程，我们可以根据之前的知识，由于代码里面无静态方法，所以应该是先执行父类实例和父类构造，然后才是执行子类实例和子类构造。我们可以看到通过子类的引用去调用子类的构造代码块，由于在调用子类之前要先对父类进行初始化，所以我们通过super关键字它先执行父类的构造代码块，然后执行父类构造代码块中的无参方法func，根据上面的讲解我们知道这里会发生动态绑定，所以它会执行子类的方法func，由于还未执行子类的实例代码块private int num = 1所以此时num的值还是默认为0，因此我们的打印结果是0，然后再往下执行子类D的实例代码块。

`多态的优缺点`

package demo2;
class Shape {
    public  void draw(){
        System.out.println("画图形！");
    }
}

class Cycle extends Shape{

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("○");
    }
}

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

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

public class Test {
    public static void drawMap(Shape shape){
        shape.draw();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Rect rect = new Rect();
        Cycle cycle = new Cycle();
        Triangle triangle = new Triangle();

        drawMap(rect);
        drawMap(cycle);
        drawMap(triangle);
    }
}

上面的代码中：通过drawMap（）进行向上转型，这个shape引用分别指向rect，cycle，triangle这三个对象，然后通过一个shape这个引用直接调用draw方法，打印出来的结果分别表现出不同的形状，这就体现了多态（都是画，但是画的图案不一样）。

多态好处
- 1.能够降低代码的“圈复杂度”，避免大量使用“if-else”。
- eg:我们通过if-else语句打印○，矩形，○，矩形，△，其代码如下：

package demo2;
class Shape {
    public  void draw(){
        System.out.println("画图形！");
    }
}

class Cycle extends Shape{

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("○");
    }
}

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

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

public class Test {
//************************************************
    public static void main(String[] args) {
        Rect rect = new Rect();
        Cycle cycle = new Cycle();
        Triangle triangle = new Triangle();

        String[] strings = {"○","矩形","○","矩形","△"};
        for(String s : strings){
            if(s.equals("○")){
                cycle.draw();
            } else if (s.equals("矩形")) {
                rect.draw();
            }else {
                triangle.draw();
            }
        }
//************************************************
    }

package demo2;
class Shape {
    public  void draw(){
        System.out.println("画图形！");
    }
}

class Cycle extends Shape{

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("○");
    }
}

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

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

public class Test {
    //*****************通过多态打印*******************************
    public static void main(String[] args) {
        Rect rect = new Rect();
        Cycle cycle = new Cycle();
        Triangle triangle = new Triangle();

        //数组当中放的是相同数据类型的元素，这样写相当于向上转型，他和下面的注释代码等价
        Shape [] shapes = {cycle,rect,cycle,rect,triangle};
//        Shape rect = new Rect();
//        Shape cycle = new Cycle();
//        Shape triangle = new Triangle();
        for(Shape myshape : shapes){
            myshape.draw();
        }

    }

package demo2;
class Shape {
    public  void draw(){
        System.out.println("画图形！");
    }
}

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

class Cycle extends Shape{

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("○");
    }
}

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

class Triangle extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("△");
    }
}
public class Test {
    //*****************通过多态打印*******************************
    public static void main(String[] args) {
        Rect rect = new Rect();
        Cycle cycle = new Cycle();
        Triangle triangle = new Triangle();
        Flower flower = new Flower();
        //数组当中放的是相同数据类型的元素，这样写相当于向上转型，他和下面的注释代码等价
        Shape [] shapes = {cycle,rect,cycle,rect,triangle,flower};
//        Shape rect = new Rect();
//        Shape cycle = new Cycle();
//        Shape triangle = new Triangle();
        for(Shape myshape : shapes){
            myshape.draw();
        }
    }