面向对象之多态[向上/向下]转型

电玩女神 2022-01-31 09:49 270阅读 0赞

**概述** 一种事物，多种形态。即同一接口的不同实现方式。简单的理解就是同一个行为有多个不同表现形式或形态的能力。

**前提**

*  要有继承关系
 *  要有方法重写
 *  父类引用指向子类对象
 *  父类引用调用子类重写方法

**优点**（接口统一）

*  提高代码可维护性（继承保证）
 *  提高代码扩展性（多态保证）
 *  实际开发中，往往作为函数参数（父类引用，可以接受任意子类对象）

**缺点**

*  父类引用指向子类对象，不能通过父类引用调用子类新增方法

**Java中多态的体现**

public class Test { 
    	public static void main(String[] args) { 
    		Animal a = null;
    		a = new Dog();  //向上转型
    		a.eat();
    
    		a = new Cat();
    		a.eat();
    
    		a = new Tiger();
    		a.eat();
    // a.run(); //无法调用子类特有方法
    	}
    }
    
    class Animal { 
    	public void eat() { 
    		System.out.println("动物在吃东西");
    	}
    }
    
    class Dog extends Animal { 
    	public void eat() { 
    		System.out.println("Dog 在吃骨头！");
    	}
    }
    
    class Cat extends Animal { 
    	public void eat() { 
    		System.out.println("Cat 在吃鱼！");
    	}
    }
    
    class Tiger extends Animal { 
    	public void eat() { 
    		System.out.println("Tiger 在吃肉");
    	}
        public void run(){ 
            System.out.println("我在奔跑");
        }
    }

运行结果：
    	Dog 在吃骨头！
    	Cat 在吃鱼！
    	Tiger 在吃肉

在这里，每个子类重写父类的`eat()`方法，将子类对象的引用赋给父类对象（即向上转型）。

向上转型过程中需要注意到：

*  向上转型时，子类特有的方法会丢失，例如上述的`Tiger`类中的`run()`方法，`Animal`对象实例是无法调用的，因为子类引用不能指向父类对象。

**向上转型的好处**

*  减少重复代码，使得代码更简洁
 *  有利于提高系统的扩展性

同样与向上转型相对的就是向下转型，即把父类对象转为子类对象。如下:

Animal a=new Tiger();
    Tiger t=(Tiger)a;
    t.eat();               //输出 Tiger 在吃肉
    
    Animal a=new Animal();
    Tiger t=(Tiger)a;
    t.eat();               //程序报错 java.lang.ClassCastException
    
    Cat c=((Cat)t);
    c.eat();              // 程序报错 java.lang.ClassCastException

至于为什么会出现上面这种情况？如下解释：

第一段代码的话，`a`本身就是`Tiger`对象，所以向下转型为`Tiger`，肯定无误。第二段代码是要将父类对象强制转换为子类对象，这显然不行，因为子类的内存空间要大于父类空间，强制转换之后，只是覆盖了子类空间的一部分，而另一部分也就相当于是未定内存，但父类对象可以指向，这在编程中是不可能的，所以必然发生错误。第三段代码则更不可行，将一种动物又怎么能转换为另一种动物？

所以，到这里，我们应该已经知道：

向下转型的前提是**父类对象指向的是子类对象（也即在向下转型之前，先得向上转型）**

所以我们加入`instanceof`关键字,来判断是否可以向下转型.

回到上面的代码，我们可对代码做如下更改，使得每次传入一种动物，分别调用其方法：

public void eat(Animal a){ 
        if(a instanceof Dog){ 
            Dog d=(Dog)a;
            d.eat();
        }
        if(a instanceof Cat){ 
            Cat c=(Cat)a;
            c.eat();
        }
        if(a instanceof Tiger){ 
            Tiger t=(Tiger)a;
            t.eat();
            t.run();   //调用子类特有的run方法
        }
    }

**最后我们分析一个多态案例**

public class Test { 
    	public static void main(String[] args) { 
    		A a1 = new A();  
    		A a2 = new B();
    		B b = new B();
    		C c = new C();
    		D d = new D();
    		
    		System.out.println("1=> "+a1.show(b)); //A and A
    		System.out.println("2=> "+a1.show(c)); //A and A
    		System.out.println("3=> "+a1.show(d)); //A and D
    		System.out.println("4=> "+a2.show(b)); //B and A
    		System.out.println("5=> "+a2.show(c)); //B and A
    		System.out.println("6=> "+a2.show(d)); //A and D
    		System.out.println("7=> "+b.show(b));  //B and B
    		System.out.println("8=> "+b.show(c));  //B and B
    		System.out.println("9=> "+b.show(d));  //A and D
    	}
    }
    
    class A { 
    	public String show(D d) { 
    		return "A and D";
    	}
    
    	public String show(A a) { 
    		return "A and A";
    	}
    }
    
    class B extends A { 
    	public String show(B b) {   //B类新增方法
    		return "B and B";
    	}
    
    	public String show(A a) {   //重写父类show（）方法
    		return "B and A";
    	}
    }
    
    class C extends B { 
    	//拥有show(B b)
        //拥有show(A a)
        //拥有show(D d)
    }
    
    class D extends B { 
    	//拥有show(B b)
        //拥有show(A a)
        //拥有show(D d)
    }

运行结果如下：

1=> A and A
    2=> A and A
    3=> A and D
    4=> B and A
    5=> B and A
    6=> A and D
    7=> B and B
    8=> B and B
    9=> A and D

相信你看到的时候，同我第一次看到一样傻眼，为什么会这样？

当父类对象引用变量引用子类对象时，被引用对象的类型决定了调用谁的成员方法，
    引用变量类型决定可调用的方法。如果子类中没有覆盖该方法，那么会去父类中寻找。

让我们来看一个知识点：

继承链中对象方法的调用的优先级：
    this.show(O),
    super.show(O),
    this.show((super)O),
    super.show((super)O).

上述例子中：`C/D`继承`B`，`B`又继承于`A`

首先，a2是类型为A的应用类型，其指向类型为B的对象，A确定可以调用的方法为show(D d)和show(A a).
    a2.show(b)也就是this.show(b),此处的this指的是B。
    然后，在B类中找到show(B b),但是a2无法调用，所以向上一级寻找调用方法：
    super.show(O),super指的是A。
    在A中找show(B b),没有定义，继续向上找：this.show((super)O),this指的是B
    所以在B中找到show((A)O),即show(A a),调用该方法
    最后输出：B and A

下面再分析一下第二个：b.show(d);

b为B类型的引用，指向B类型对象，所以只调用本类方法。
    在B中找show(D d),存在该方法，直接调用。
    输出：A and D

因为分析方法一样，就不在一一作解。掌握了上述这个例子，相信Java中的多态已经掌握的很好了。

**总结**

*  多态，就是一个行为可有多个不同的表现形式
 *  分类：运行时多态和编译时多态
 *  运行时多态的前提：继承，重写，向上转型
 *  向上/向下转型
 *  继承链中对象方法调用的优先级：`this.show(O),super.show(O), this.show((super)O),super.show((super)O)`