一篇文章帶你了解Java基礎(chǔ)-多態(tài)

更新時(shí)間：2021年08月05日 11:30:59 作者：太子爺哪吒

這篇文章主要介紹了Java 多態(tài)的深入理解的相關(guān)資料,子類繼承父類的特征和行為，使得子類具有父類的各種屬性和方法?；蜃宇悘母割惱^承方法，使得子類具有父類相同的行為，需要的朋友可以參考下

Java基礎(chǔ)知識(多態(tài))

多態(tài)

多態(tài)就是指程序中定義的引用變量所指向的具體類型和通過該引用變量發(fā)出的方法調(diào)用在編程時(shí)并不確定，而是在程序運(yùn)行期間才確定，即一個(gè)引用變量到底會(huì)指向哪個(gè)類的實(shí)例對象，該引用變量發(fā)出的方法調(diào)用到底是哪個(gè)類中實(shí)現(xiàn)的方法，必須在由程序運(yùn)行期間才能決定。

因?yàn)樵诔绦蜻\(yùn)行時(shí)才確定具體的類，這樣，不用修改源程序代碼，就可以讓引用變量綁定到各種不同的類實(shí)現(xiàn)上，從而導(dǎo)致該引用調(diào)用的具體方法隨之改變，即不修改程序代碼就可以改變程序運(yùn)行時(shí)所綁定的具體代碼，讓程序可以選擇多個(gè)運(yùn)行狀態(tài)，這就是多態(tài)性。

多態(tài)的定義和存在的必要條件

多態(tài)的定義：

多態(tài)是指同一個(gè)行為具有多個(gè)不同表現(xiàn)形式或形態(tài)的能力。

多態(tài)就是同一個(gè)接口，使用不同的實(shí)例而執(zhí)行不同操作。

就舉動(dòng)物類的例子吧，cat和dog都是屬于動(dòng)物這一類，而動(dòng)物呢，都有一個(gè)共同的行為就是吃吧，而不同的動(dòng)物所吃的食物都大不相同吧！

貓呢，它喜歡吃魚！

而對于狗呢，它就比較喜歡啃骨頭！

所以多態(tài)就是對于吃這一行為來說，每種動(dòng)物對吃這一行為所表現(xiàn)的行為都不盡相同。

多態(tài)存在的三個(gè)必要條件

1.繼承或者實(shí)現(xiàn)

在多態(tài)中必須存在有繼承或者實(shí)現(xiàn)關(guān)系的子類和父類。

2.方法的重寫

子類對父類中某些方法進(jìn)行重新定義（重寫），在調(diào)用這些方法時(shí)就會(huì)調(diào)用子類的方法。

3.基類引用指向派生類對象，即父類引用指向子類對象

父類類型：指子類對象繼承的父類類型，或者實(shí)現(xiàn)的父接口類型。

多態(tài)的格式：

父類類型 變量名 = new 子類類型();
變量名.方法名();

多態(tài)格式可以充分體現(xiàn)了同一個(gè)接口，使用不同的實(shí)例而執(zhí)行不同操作。

接下來我們具體來進(jìn)行案例體會(huì)體會(huì)吧！

多態(tài)的案例

多態(tài)我們首先要知道的一點(diǎn)：

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，執(zhí)行的是子類重寫后方法。如果子類沒有重寫該方法，就會(huì)調(diào)用父類的該方法。

總結(jié)起來就是：編譯看左邊，運(yùn)行看右邊。

首先我們先定義一個(gè)父類動(dòng)物類，動(dòng)物有吃的行為！

接著定義一個(gè)貓類和狗類去繼承動(dòng)物類，重寫里面的吃行為！

具體代碼如下：

定義動(dòng)物父類：

package com.nz.pojo;
/**
 * 先定義一個(gè)父類 --> 動(dòng)物類
 * 動(dòng)物都有一個(gè)吃的行為屬性
 */
public class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("動(dòng)物它們都會(huì)吃東西?。?！");
    }
}

定義貓咪子類：

package com.nz.pojo;
/**
 * 定義貓類繼承動(dòng)物類，
 * 隨之重寫里面的吃行為，因?yàn)樨堃灿谐缘男袨?，但是貓喜歡吃罐頭
 */
public class Cat extends Animal{
    public void eat() {
        System.out.println("小喵咪都喜歡吃魚罐頭！");
    }
}

定義小狗子類：

package com.nz.pojo;
/**
 * 定義狗類繼承動(dòng)物類，
 * 隨之重寫里面的吃行為，因?yàn)楣芬灿谐缘男袨?，但是狗喜歡啃骨頭
 */
public class Dog extends Animal{
    public void eat() {
        System.out.println("小狗狗都愛啃骨頭！");
    }
}

定義測試類，測試多態(tài)的形式：

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
import com.nz.pojo.Dog;
/**
 * 測試多態(tài)的形式
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 多態(tài)形式，創(chuàng)建貓類對象
        Animal animal = new Cat();
        // 調(diào)用的是Cat的 eat
        animal.eat();
        // 多態(tài)形式，創(chuàng)建狗類對象
        Animal animal2 = new Dog();
        // 調(diào)用的是Dog的eat
        animal2.eat();
    }
}

得到的結(jié)果：

小喵咪都喜歡吃魚罐頭！
小狗狗都愛啃骨頭！

類的大致結(jié)構(gòu)：

可以看出我們可以使用多態(tài)的屬性得到不同的動(dòng)物的一個(gè)吃的行為屬性！

多態(tài)的好處

提高了代碼的拓展性，使用父類類型作為方法形式參數(shù)，傳遞子類對象給方法，進(jìn)行方法的調(diào)用。

具體我們來看看吧：

繼續(xù)使用上述的動(dòng)物類、貓類、狗類吧。

定義測試類：

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
import com.nz.pojo.Dog;
/**
 * 測試多態(tài)的好處
 */
public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建貓和狗對象
        Cat cat = new Cat();
        Dog dog = new Dog();
        // 調(diào)用catEat
        catEat(cat);
        // 調(diào)用dogEat
        dogEat(dog);
		/*
        多態(tài)的好處:
            以上各個(gè)動(dòng)物的吃的方法, 我們都可以使用animalEat(Animal a)方法來代替。
            并且執(zhí)行效果都一樣, 所以我們可以使用animalEat直接替代了不同動(dòng)物的吃方法。
        */
        animalEat(cat);
        animalEat(dog);
    }
    /*
        定義幾個(gè)不同吃的方法，看看具體調(diào)用后的結(jié)果是什么吧！
     */
    public static void catEat (Cat cat){
        cat.eat();
    }
    public static void dogEat (Dog dog){
        dog.eat();
    }
    public static void animalEat (Animal animal){
        animal.eat();
    }
}

執(zhí)行結(jié)果：

小喵咪都喜歡吃魚罐頭！
小狗狗都愛啃骨頭！
小喵咪都喜歡吃魚罐頭！
小狗狗都愛啃骨頭！

可以看出，由于多態(tài)的特性，我們的animalEat()方法傳入的Animal類型參數(shù)，并且它是我們的Cat和Dog的父類類型，父類類型接收子類對象，所以我們可以將Cat對象和Dog對象，傳遞給animalEat()方法。

所以我們可以完全使用animalEat()方法來替代catEat()方法和dogEat()方法，達(dá)到同樣的效果！以至于我們可以不必再單獨(dú)寫xxxEat()方法來傳入指定的動(dòng)物參數(shù)了，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)類的自動(dòng)切換。

所以多態(tài)的好處體現(xiàn)在：可以使我們的程序編寫的更簡單，并有良好的擴(kuò)展性。

多態(tài)的弊端

從上面的多態(tài)的好處，可以看到我們可以使用父類的參數(shù)代替了某個(gè)子類的參數(shù)，從而達(dá)到程序的擴(kuò)展！

但是對于某個(gè)子類有些獨(dú)有的功能方法時(shí)，此時(shí)我們的多態(tài)的寫法就無法訪問子類獨(dú)有功能了。

具體來瞧瞧？

代碼如下：

重新定義下貓的子類：

package com.nz.pojo;
/**
 * 定義貓類繼承動(dòng)物類，
 * 隨之重寫里面的吃行為，因?yàn)樨堃灿谐缘男袨?，但是貓喜歡吃罐頭
 */
public class Cat extends Animal{
    public void eat() {
        System.out.println("小喵咪都喜歡吃魚罐頭！");
    }
    /**
     * 增加一哥貓咪特有的玩球方法（）
     */
    public void playBall() {
        System.out.println("小喵咪都喜歡小球！");
    }
}

定義測試類：

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
/**
 * 測試多態(tài)的弊端！
 */
public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Cat();
        animal.eat();
        animal.playBall();//編譯報(bào)錯(cuò)，編譯看左邊，Animal沒有這個(gè)方法
    }
}

可以看到動(dòng)物類和貓類有個(gè)共同的eat吃方法，但是呢，貓咪多了個(gè)玩球球的方法。而對于動(dòng)物對象來說，它本身動(dòng)物類沒有玩球球的方法，所以它的編譯就直接沒有通過了！

那有什么方法解決呢？且看下一章節(jié)吧！

引用類型轉(zhuǎn)換

1. 引用類型轉(zhuǎn)換是什么，為什么需要它？

從上面的多態(tài)的弊端的案例中，我們可以看到，我們使用動(dòng)物對象時(shí)無法直接訪問到貓類中的玩球球方法，這也就是我們之前說的編譯看左邊，運(yùn)行看右邊。

而在我們使用多態(tài)方式調(diào)用方法時(shí)，首先檢查會(huì)左邊的父類中是否有該方法，如果沒有，則編譯錯(cuò)誤。也就代表著，父類無法調(diào)用子類獨(dú)有的方法。、

所以說，如果編譯都錯(cuò)誤，更別說運(yùn)行了。這也是多態(tài)給我們帶來的一點(diǎn)小困擾，而我們?nèi)绻胍{(diào)用子類特有的方法，必須做向下轉(zhuǎn)型。

2. 向上轉(zhuǎn)型（自動(dòng)轉(zhuǎn)換）

對于向下轉(zhuǎn)型，我們先來講解下向上轉(zhuǎn)型的概念吧。

向上轉(zhuǎn)型：

多態(tài)本身是子類向父類向上轉(zhuǎn)換（自動(dòng)轉(zhuǎn)換）的過程，這個(gè)過程是默認(rèn)的。當(dāng)父類引用指向一個(gè)子類對象時(shí)，便是向上轉(zhuǎn)型。

對于父類和子類的關(guān)系來說，具體來看圖說話：

父類相對與子類來說是大范圍的類型，Animal是動(dòng)物類，是父類。而Cat是貓咪類，是子類。

所以對于父類Animal來說，它的范圍是比較大的，它包含一切動(dòng)物，包括貓咪類和小狗類。

所以對于子類類型這種范圍小的，我們可以直接自動(dòng)轉(zhuǎn)型給父類類型的變量。

使用格式：

父類類型 變量名 = new 子類類型();
如：Animal animal = new Cat();
相當(dāng)于有：
Animal animal = (Animal) new Cat();

相當(dāng)于自動(dòng)幫我們了一個(gè)隱形的轉(zhuǎn)換為動(dòng)物類的一個(gè)過程，因?yàn)閯?dòng)物本身就包含了貓咪。

3. 向下轉(zhuǎn)型（強(qiáng)制轉(zhuǎn)換）

向上轉(zhuǎn)型可以知道它是子類自動(dòng)轉(zhuǎn)換為父類的一個(gè)過程，所以我們現(xiàn)在再來看看向下轉(zhuǎn)型的定義：

向下轉(zhuǎn)型：

向下轉(zhuǎn)型就是由父類向子類向下轉(zhuǎn)換的過程，這個(gè)過程是強(qiáng)制的。一個(gè)需要將父類對象轉(zhuǎn)為子類對象，可以使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的格式，這便是向下轉(zhuǎn)型。

為什么這種就必須自己強(qiáng)制加上一個(gè)類型轉(zhuǎn)換過程呢？

對于父類和子類的關(guān)系來說，我們接著看圖說話：

對于貓咪類的話，它在動(dòng)物類中只是其中的一部分吧，而對于動(dòng)物類來說，它有許多其他子類動(dòng)物如狗，牛，豬等等。

所以對于動(dòng)物父類想要向下轉(zhuǎn)型的時(shí)候，它此時(shí)不知道指向那個(gè)子類，因?yàn)椴淮_定呀，所以就必須自己加上強(qiáng)制的類型轉(zhuǎn)換的一個(gè)過程。

使用格式：

子類類型 變量名 = (子類類型) 父類變量名;
如:
Animal animal = new Cat();
Cat cat = (Cat) animal;
cat.playBall();// 此時(shí)我們就可以使用貓咪的特有方法啦

所以對于多態(tài)的弊端，無法使用子類特有的參數(shù)，我們也解決啦，可以通過向下轉(zhuǎn)型的方法，從而將類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為某個(gè)子類對象后，再去調(diào)用子類的特有方法！

4. 向下轉(zhuǎn)型的問題

雖然我們可以使用向下轉(zhuǎn)型使得我們可以使用子類的獨(dú)有方法，但是轉(zhuǎn)型的過程中，一不小心就會(huì)遇到這樣的問題了，來，我們來看看下面的代碼：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上轉(zhuǎn)型  
        Animal a = new Cat();  
        a.eat();               // 調(diào)用的是 Cat 的 eat
        // 向下轉(zhuǎn)型  
        Dog d = (Dog)a;       
        d.watchHouse();        // 調(diào)用的是 Dog 的 watchHouse 【運(yùn)行報(bào)錯(cuò)】
    }  
}

這段代碼可以通過編譯，但是運(yùn)行時(shí)，卻報(bào)出了 ClassCastException ，類型轉(zhuǎn)換異常！這是因?yàn)椋髅鲃?chuàng)建了Cat類型對象，運(yùn)行時(shí)，當(dāng)然不能轉(zhuǎn)換成Dog對象的。

5. 轉(zhuǎn)型的異常

轉(zhuǎn)型的過程中，一不小心就會(huì)遇到這樣的問題，請看如下代碼：

定義狗類中額外的獨(dú)有遛狗方法：

package com.nz.pojo;
/**
 * 定義狗類繼承動(dòng)物類，
 * 隨之重寫里面的吃行為，因?yàn)楣芬灿谐缘男袨?，但是狗喜歡啃骨頭
 */
public class Dog extends Animal{
    public void eat() {
        System.out.println("小狗狗都愛啃骨頭！");
    }
    public void walk() {
        System.out.println("小狗在被我溜著！");
    }
}

定義測試類

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
import com.nz.pojo.Dog;
/**
 * 測試多態(tài)的向下轉(zhuǎn)型的問題
 */
public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上轉(zhuǎn)型的過程
        Animal animal = new Cat();
        // 調(diào)用了貓咪的吃方法
        animal.eat();
        // 向下轉(zhuǎn)型
        Dog dog = (Dog) animal;
        dog.walk(); // 調(diào)用的是 Dog 的 walk 可以通過，但是會(huì)運(yùn)行報(bào)錯(cuò)
    }
}

得到結(jié)果：

小喵咪都喜歡吃魚罐頭！
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.nz.pojo.Cat cannot be cast to com.nz.pojo.Dog
at com.nz.Demo4.main(Demo4.java:20)

我們可以看到，雖然我們的代碼通過編譯，但是終究在運(yùn)行時(shí)，還是出錯(cuò)了，拋出了 ClassCastException 類型轉(zhuǎn)換的異常。

其實(shí)我們可以知道，我們在上面的時(shí)候，創(chuàng)建了Cat類型對象，而在向下轉(zhuǎn)型時(shí)，將其強(qiáng)行轉(zhuǎn)換為了Dog類型，所以程序在運(yùn)行時(shí)，就會(huì)拋出類型轉(zhuǎn)換的異常！

那我們?nèi)绾慰梢员苊膺@種異常發(fā)生呢？且看下一節(jié)分析！

6. instanceof關(guān)鍵字

Java為我們提供一個(gè)關(guān)鍵字instanceof ，它可以幫助我們避免了ClassCastException 類型轉(zhuǎn)換異常的發(fā)生。

那如何做呢？

格式：

變量名 instanceof 數(shù)據(jù)類型

解釋：

如果變量屬于該數(shù)據(jù)類型或者其子類類型，返回true。
如果變量不屬于該數(shù)據(jù)類型或者其子類類型，返回false。

代碼實(shí)現(xiàn)：

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
import com.nz.pojo.Dog;
/**
 * 使用instanceof解決類型轉(zhuǎn)換異常！
 */
public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上轉(zhuǎn)型的過程
        Animal animal = new Cat();
        // 調(diào)用了貓咪的吃方法
        animal.eat();
        // 向下轉(zhuǎn)型
        if (animal instanceof Cat){
            Cat cat = (Cat) animal;
            cat.playBall();        // 調(diào)用的是 Cat 的 playBall
        } else if (animal instanceof Dog){
            Dog dog = (Dog) animal;
            dog.walk();       // 調(diào)用的是 Dog 的 walk
        }
    }
}

結(jié)果：