Java多態(tài)對(duì)象的類型轉(zhuǎn)換
這里所說的對(duì)象類型轉(zhuǎn)換，是指存在繼承關(guān)系的對(duì)象，不是任意類型的對(duì)象。當(dāng)對(duì)不存在繼承關(guān)系的對(duì)象進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換時(shí)，java 運(yùn)行時(shí)將拋出 java.lang.ClassCastException 異常。
在繼承鏈中，我們將子類向父類轉(zhuǎn)換稱為“向上轉(zhuǎn)型”，將父類向子類轉(zhuǎn)換稱為“向下轉(zhuǎn)型”。
很多時(shí)候，我們會(huì)將變量定義為父類的類型，卻引用子類的對(duì)象，這個(gè)過程就是向上轉(zhuǎn)型。程序運(yùn)行時(shí)通過動(dòng)態(tài)綁定來實(shí)現(xiàn)對(duì)子類方法的調(diào)用，也就是多態(tài)性。
然而有些時(shí)候?yàn)榱送瓿赡承└割悰]有的功能，我們需要將向上轉(zhuǎn)型后的子類對(duì)象再轉(zhuǎn)成子類，調(diào)用子類的方法，這就是向下轉(zhuǎn)型。
注意：不能直接將父類的對(duì)象強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為子類類型，只能將向上轉(zhuǎn)型后的子類對(duì)象再次轉(zhuǎn)換為子類類型。也就是說，子類對(duì)象必須向上轉(zhuǎn)型后，才能再向下轉(zhuǎn)型。請(qǐng)看下面的代碼：
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public class Demo { public static void main(String args[]) { SuperClass superObj = new SuperClass(); SonClass sonObj = new SonClass(); // 下面的代碼運(yùn)行時(shí)會(huì)拋出異常，不能將父類對(duì)象直接轉(zhuǎn)換為子類類型 // SonClass sonObj2 = (SonClass)superObj; // 先向上轉(zhuǎn)型，再向下轉(zhuǎn)型 superObj = sonObj; SonClass sonObj1 = (SonClass)superObj; }}class SuperClass{ }class SonClass extends SuperClass{ } |
將第7行的注釋去掉，運(yùn)行時(shí)會(huì)拋出異常，但是編譯可以通過。
因?yàn)橄蛳罗D(zhuǎn)型存在風(fēng)險(xiǎn)，所以在接收到父類的一個(gè)引用時(shí)，請(qǐng)務(wù)必使用 instanceof 運(yùn)算符來判斷該對(duì)象是否是你所要的子類，請(qǐng)看下面的代碼：
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public class Demo { public static void main(String args[]) { SuperClass superObj = new SuperClass(); SonClass sonObj = new SonClass(); // superObj 不是 SonClass 類的實(shí)例 if(superObj instanceof SonClass){ SonClass sonObj1 = (SonClass)superObj; }else{ System.out.println("①不能轉(zhuǎn)換"); } superObj = sonObj; // superObj 是 SonClass 類的實(shí)例 if(superObj instanceof SonClass){ SonClass sonObj2 = (SonClass)superObj; }else{ System.out.println("②不能轉(zhuǎn)換"); } }}class SuperClass{ }class SonClass extends SuperClass{ } |
運(yùn)行結(jié)果：
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①不能轉(zhuǎn)換 |
總結(jié)：對(duì)象的類型轉(zhuǎn)換在程序運(yùn)行時(shí)檢查，向上轉(zhuǎn)型會(huì)自動(dòng)進(jìn)行，向下轉(zhuǎn)型的對(duì)象必須是當(dāng)前引用類型的子類。
Java多態(tài)和動(dòng)態(tài)綁定
在Java中，父類的變量可以引用父類的實(shí)例，也可以引用子類的實(shí)例。
請(qǐng)讀者先看一段代碼：
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public class Demo { public static void main(String[] args){ Animal obj = new Animal(); obj.cry(); obj = new Cat(); obj.cry(); obj = new Dog(); obj.cry(); }}class Animal{ // 動(dòng)物的叫聲 public void cry(){ System.out.println("不知道怎么叫"); } }class Cat extends Animal{ // 貓的叫聲 public void cry(){ System.out.println("喵喵~"); }}class Dog extends Animal{ // 狗的叫聲 public void cry(){ System.out.println("汪汪~"); }} |
運(yùn)行結(jié)果：
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不知道怎么叫喵喵~汪汪~ |
上面的代碼，定義了三個(gè)類，分別是 Animal、Cat 和 Dog，Cat 和 Dog 類都繼承自 Animal 類。obj 變量的類型為 Animal，它既可以指向 Animal 類的實(shí)例，也可以指向 Cat 和 Dog 類的實(shí)例，這是正確的。也就是說，父類的變量可以引用父類的實(shí)例，也可以引用子類的實(shí)例。注意反過來是錯(cuò)誤的，因?yàn)樗械呢埗际莿?dòng)物，但不是所有的動(dòng)物都是貓。
可以看出，obj 既可以是人類，也可以是貓、狗，它有不同的表現(xiàn)形式，這就被稱為多態(tài)。多態(tài)是指一個(gè)事物有不同的表現(xiàn)形式或形態(tài)。
再比如“人類”，也有很多不同的表達(dá)或?qū)崿F(xiàn)，TA 可以是司機(jī)、教師、醫(yī)生等，你憎恨自己的時(shí)候會(huì)說“下輩子重新做人”，那么你下輩子成為司機(jī)、教師、醫(yī)生都可以，我們就說“人類”具備了多態(tài)性。
多態(tài)存在的三個(gè)必要條件：要有繼承、要有重寫、父類變量引用子類對(duì)象。
當(dāng)使用多態(tài)方式調(diào)用方法時(shí)：
首先檢查父類中是否有該方法，如果沒有，則編譯錯(cuò)誤；如果有，則檢查子類是否覆蓋了該方法。
如果子類覆蓋了該方法，就調(diào)用子類的方法，否則調(diào)用父類方法。
從上面的例子可以看出，多態(tài)的一個(gè)好處是：當(dāng)子類比較多時(shí)，也不需要定義多個(gè)變量，可以只定義一個(gè)父類類型的變量來引用不同子類的實(shí)例。請(qǐng)?jiān)倏聪旅娴囊粋€(gè)例子：
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public class Demo { public static void main(String[] args){ // 借助多態(tài)，主人可以給很多動(dòng)物喂食 Master ma = new Master(); ma.feed(new Animal(), new Food()); ma.feed(new Cat(), new Fish()); ma.feed(new Dog(), new Bone()); }}// Animal類及其子類class Animal{ public void eat(Food f){ System.out.println("我是一個(gè)小動(dòng)物，正在吃" + f.getFood()); }}class Cat extends Animal{ public void eat(Food f){ System.out.println("我是一只小貓咪，正在吃" + f.getFood()); }}class Dog extends Animal{ public void eat(Food f){ System.out.println("我是一只狗狗，正在吃" + f.getFood()); }}// Food及其子類class Food{ public String getFood(){ return "事物"; }}class Fish extends Food{ public String getFood(){ return "魚"; }}class Bone extends Food{ public String getFood(){ return "骨頭"; }}// Master類class Master{ public void feed(Animal an, Food f){ an.eat(f); }} |
運(yùn)行結(jié)果：
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我是一個(gè)小動(dòng)物，正在吃事物我是一只小貓咪，正在吃魚我是一只狗狗，正在吃骨頭 |
Master 類的 feed 方法有兩個(gè)參數(shù)，分別是 Animal 類型和 Food 類型，因?yàn)槭歉割悾钥梢詫⒆宇惖膶?shí)例傳遞給它，這樣 Master 類就不需要多個(gè)方法來給不同的動(dòng)物喂食。
動(dòng)態(tài)綁定
為了理解多態(tài)的本質(zhì)，下面講一下Java調(diào)用方法的詳細(xì)流程。
1) 編譯器查看對(duì)象的聲明類型和方法名。
假設(shè)調(diào)用 obj.func(param)，obj 為 Cat 類的對(duì)象。需要注意的是，有可能存在多個(gè)名字為func但參數(shù)簽名不一樣的方法。例如，可能存在方法 func(int) 和 func(String)。編譯器將會(huì)一一列舉所有 Cat 類中名為func的方法和其父類 Animal 中訪問屬性為 public 且名為func的方法。
這樣，編譯器就獲得了所有可能被調(diào)用的候選方法列表。
2) 接下來，編澤器將檢查調(diào)用方法時(shí)提供的參數(shù)簽名。
如果在所有名為func的方法中存在一個(gè)與提供的參數(shù)簽名完全匹配的方法，那么就選擇這個(gè)方法。這個(gè)過程被稱為重載解析(overloading resolution)。例如，如果調(diào)用 func("hello")，編譯器會(huì)選擇 func(String)，而不是 func(int)。由于自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換的存在，例如 int 可以轉(zhuǎn)換為 double，如果沒有找到與調(diào)用方法參數(shù)簽名相同的方法，就進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換后再繼續(xù)查找，如果最終沒有匹配的類型或者有多個(gè)方法與之匹配，那么編譯錯(cuò)誤。
這樣，編譯器就獲得了需要調(diào)用的方法名字和參數(shù)簽名。
3) 如果方法的修飾符是private、static、final（static和final將在后續(xù)講解），或者是構(gòu)造方法，那么編譯器將可以準(zhǔn)確地知道應(yīng)該調(diào)用哪個(gè)方法，我們將這種調(diào)用方式 稱為靜態(tài)綁定(static binding)。
與此對(duì)應(yīng)的是，調(diào)用的方法依賴于對(duì)象的實(shí)際類型， 并在運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)綁。例如調(diào)用 func("hello")，編澤器將采用動(dòng)態(tài)綁定的方式生成一條調(diào)用 func(String) 的指令。
4)當(dāng)程序運(yùn)行，并且釆用動(dòng)態(tài)綁定調(diào)用方法時(shí)，JVM一定會(huì)調(diào)用與 obj 所引用對(duì)象的實(shí)際類型最合適的那個(gè)類的方法。我們已經(jīng)假設(shè) obj 的實(shí)際類型是 Cat，它是 Animal 的子類，如果 Cat 中定義了 func(String)，就調(diào)用它，否則將在 Animal 類及其父類中尋找。
每次調(diào)用方法都要進(jìn)行搜索，時(shí)間開銷相當(dāng)大，因此，JVM預(yù)先為每個(gè)類創(chuàng)建了一個(gè)方法表(method lable)，其中列出了所有方法的名稱、參數(shù)簽名和所屬的類。這樣一來，在真正調(diào)用方法的時(shí)候，虛擬機(jī)僅查找這個(gè)表就行了。在上面的例子中，JVM 搜索 Cat 類的方法表，以便尋找與調(diào)用 func("hello") 相匹配的方法。這個(gè)方法既有可能是 Cat.func(String)，也有可能是 Animal.func(String)。注意，如果調(diào)用super.func("hello")，編譯器將對(duì)父類的方法表迸行搜索。
假設(shè) Animal 類包含cry()、getName()、getAge() 三個(gè)方法，那么它的方法表如下：
cry() -> Animal.cry()
getName() -> Animal.getName()
getAge() -> Animal.getAge()
實(shí)際上，Animal 也有默認(rèn)的父類 Object（后續(xù)會(huì)講解），會(huì)繼承 Object 的方法，所以上面列舉的方法并不完整。
假設(shè) Cat 類覆蓋了 Animal 類中的 cry() 方法，并且新增了一個(gè)方法 climbTree()，那么它的參數(shù)列表為：
cry() -> Cat.cry()
getName() -> Animal.getName()
getAge() -> Animal.getAge()
climbTree() -> Cat.climbTree()
在運(yùn)行的時(shí)候，調(diào)用 obj.cry() 方法的過程如下：
JVM 首先訪問 obj 的實(shí)際類型的方法表，可能是 Animal 類的方法表，也可能是 Cat 類及其子類的方法表。
JVM 在方法表中搜索與 cry() 匹配的方法，找到后，就知道它屬于哪個(gè)類了。
JVM 調(diào)用該方法。
