Java基礎(chǔ)知識(shí)(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(lèi)型和通過(guò)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(lèi)的實(shí)例對(duì)象，該引用變量發(fā)出的方法調(diào)用到底是哪個(gè)類(lèi)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(lèi)，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(lèi)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(lèi)的例子吧，cat和dog都是屬于動(dòng)物這一類(lèi)，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(yú)！

而對(duì)于狗呢，它就比較喜歡啃骨頭！

所以多態(tài)就是對(duì)于吃這一行為來(lái)說(shuō)，每種動(dòng)物對(duì)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(lèi)和父類(lèi)。

2.方法的重寫(xiě)

子類(lèi)對(duì)父類(lèi)中某些方法進(jìn)行重新定義（重寫(xiě)），在調(diào)用這些方法時(shí)就會(huì)調(diào)用子類(lèi)的方法。

3.基類(lèi)引用指向派生類(lèi)對(duì)象，即父類(lèi)引用指向子類(lèi)對(duì)象

父類(lèi)類(lèi)型：指子類(lèi)對(duì)象繼承的父類(lèi)類(lèi)型，或者實(shí)現(xiàn)的父接口類(lèi)型。

多態(tài)的格式：

父類(lèi)類(lèi)型 變量名 = new 子類(lèi)類(lèi)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(lái)我們具體來(lái)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(lèi)中是否有該方法，如果沒(méi)有，則編譯錯(cuò)誤；如果有，執(zhí)行的是子類(lèi)重寫(xiě)后方法。如果子類(lèi)沒(méi)有重寫(xiě)該方法，就會(huì)調(diào)用父類(lèi)的該方法。

總結(jié)起來(lái)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(lèi)動(dòng)物類(lèi)，動(dòng)物有吃的行為！

接著定義一個(gè)貓類(lèi)和狗類(lèi)去繼承動(dòng)物類(lèi)，重寫(xiě)里面的吃行為！

具體代碼如下：

定義動(dòng)物父類(lèi)：

package com.nz.pojo;
/**
 * 先定義一個(gè)父類(lèi) --> 動(dòng)物類(lèi)
 * 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(lèi)：

package com.nz.pojo;
/**
 * 定義貓類(lèi)繼承動(dòng)物類(lèi)，
 * 隨之重寫(xiě)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(yú)罐頭！");
    }
}

定義小狗子類(lèi)：

package com.nz.pojo;
/**
 * 定義狗類(lèi)繼承動(dòng)物類(lèi)，
 * 隨之重寫(xiě)里面的吃行為，因?yàn)楣芬灿谐缘男袨椋枪废矚g啃骨頭
 */
public class Dog extends Animal{
    public void eat() {
        System.out.println("小狗狗都愛(ài)啃骨頭！");
    }
}

定義測(cè)試類(lèi)，測(cè)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(cè)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(lèi)對(duì)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(lèi)對(duì)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(yú)罐頭！
小狗狗都愛(ài)啃骨頭！

類(lèi)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(lèi)類(lèi)型作為方法形式參數(shù)，傳遞子類(lèi)對(duì)象給方法，進(jìn)行方法的調(diào)用。

具體我們來(lái)看看吧：

繼續(xù)使用上述的動(dòng)物類(lèi)、貓類(lèi)、狗類(lèi)吧。

定義測(cè)試類(lèi)：

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
import com.nz.pojo.Dog;
/**
 * 測(cè)試多態(tài)的好處
 */
public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建貓和狗對(duì)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(lái)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(yú)罐頭！
小狗狗都愛(ài)啃骨頭！
小喵咪都喜歡吃魚(yú)罐頭！
小狗狗都愛(ài)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(lèi)型參數(shù)，并且它是我們的Cat和Dog的父類(lèi)類(lèi)型，父類(lèi)類(lèi)型接收子類(lèi)對(duì)象，所以我們可以將Cat對(duì)象和Dog對(duì)象，傳遞給animalEat()方法。

所以我們可以完全使用animalEat()方法來(lái)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(xiě)xxxEat()方法來(lái)傳入指定的動(dòng)物參數(shù)了，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)類(lèi)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(xiě)的更簡(jiǎn)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(lèi)的參數(shù)代替了某個(gè)子類(lèi)的參數(shù)，從而達(dá)到程序的擴(kuò)展！

但是對(duì)于某個(gè)子類(lèi)有些獨(dú)有的功能方法時(shí)，此時(shí)我們的多態(tài)的寫(xiě)法就無(wú)法訪問(wèn)子類(lèi)獨(dú)有功能了。

具體來(lái)瞧瞧？

代碼如下：

重新定義下貓的子類(lèi)：

package com.nz.pojo;
/**
 * 定義貓類(lèi)繼承動(dòng)物類(lèi)，
 * 隨之重寫(xiě)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(yú)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(cè)試類(lèi)：

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
/**
 * 測(cè)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(méi)有這個(gè)方法
    }
}

可以看到動(dòng)物類(lèi)和貓類(lèi)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(duì)于動(dòng)物對(duì)象來(lái)說(shuō)，它本身動(dòng)物類(lèi)沒(méi)有玩球球的方法，所以它的編譯就直接沒(méi)有通過(guò)了！

那有什么方法解決呢？且看下一章節(jié)吧！

引用類(lèi)型轉(zhuǎn)換

1. 引用類(lèi)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(duì)象時(shí)無(wú)法直接訪問(wèn)到貓類(lèi)中的玩球球方法，這也就是我們之前說(shuō)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(lèi)中是否有該方法，如果沒(méi)有，則編譯錯(cuò)誤。也就代表著，父類(lèi)無(wú)法調(diào)用子類(lèi)獨(dú)有的方法。、

所以說(shuō)，如果編譯都錯(cuò)誤，更別說(shuō)運(yùn)行了。這也是多態(tài)給我們帶來(lái)的一點(diǎn)小困擾，而我們?nèi)绻胍{(diào)用子類(lèi)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(duì)于向下轉(zhuǎn)型，我們先來(lái)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(lèi)向父類(lèi)向上轉(zhuǎn)換（自動(dòng)轉(zhuǎn)換）的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是默認(rèn)的。當(dāng)父類(lèi)引用指向一個(gè)子類(lèi)對(duì)象時(shí)，便是向上轉(zhuǎn)型。

對(duì)于父類(lèi)和子類(lèi)的關(guān)系來(lái)說(shuō)，具體來(lái)看圖說(shuō)話：

父類(lèi)相對(duì)與子類(lèi)來(lái)說(shuō)是大范圍的類(lèi)型，Animal是動(dòng)物類(lèi)，是父類(lèi)。而Cat是貓咪類(lèi)，是子類(lèi)。

所以對(duì)于父類(lèi)Animal來(lái)說(shuō)，它的范圍是比較大的，它包含一切動(dòng)物，包括貓咪類(lèi)和小狗類(lèi)。

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

使用格式：

父類(lèi)類(lèi)型 變量名 = new 子類(lèi)類(lèi)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(lèi)的一個(gè)過(guò)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(lèi)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為父類(lèi)的一個(gè)過(guò)程，所以我們現(xiàn)在再來(lái)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(lèi)向子類(lèi)向下轉(zhuǎn)換的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是強(qiáng)制的。一個(gè)需要將父類(lèi)對(duì)象轉(zhuǎn)為子類(lèi)對(duì)象，可以使用強(qiáng)制類(lèi)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(lèi)型轉(zhuǎn)換過(guò)程呢？

對(duì)于父類(lèi)和子類(lèi)的關(guān)系來(lái)說(shuō)，我們接著看圖說(shuō)話：

對(duì)于貓咪類(lèi)的話，它在動(dòng)物類(lèi)中只是其中的一部分吧，而對(duì)于動(dòng)物類(lèi)來(lái)說(shuō)，它有許多其他子類(lèi)動(dòng)物如狗，牛，豬等等。

所以對(duì)于動(dòng)物父類(lèi)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(lèi)，因?yàn)椴淮_定呀，所以就必須自己加上強(qiáng)制的類(lèi)型轉(zhuǎn)換的一個(gè)過(guò)程。

使用格式：

子類(lèi)類(lèi)型 變量名 = (子類(lèi)類(lèi)型) 父類(lèi)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(duì)于多態(tài)的弊端，無(wú)法使用子類(lèi)特有的參數(shù)，我們也解決啦，可以通過(guò)向下轉(zhuǎn)型的方法，從而將類(lèi)型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為某個(gè)子類(lèi)對(duì)象后，再去調(diào)用子類(lèi)的特有方法！

4. 向下轉(zhuǎn)型的問(wèn)題

雖然我們可以使用向下轉(zhuǎn)型使得我們可以使用子類(lèi)的獨(dú)有方法，但是轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，一不小心就會(huì)遇到這樣的問(wèn)題了，來(lái)，我們來(lái)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(guò)編譯，但是運(yùn)行時(shí)，卻報(bào)出了 ClassCastException ，類(lèi)型轉(zhuǎn)換異常！這是因?yàn)椋髅鲃?chuàng)建了Cat類(lèi)型對(duì)象，運(yùn)行時(shí)，當(dāng)然不能轉(zhuǎn)換成Dog對(duì)象的。

5. 轉(zhuǎn)型的異常

轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，一不小心就會(huì)遇到這樣的問(wèn)題，請(qǐng)看如下代碼：

定義狗類(lèi)中額外的獨(dú)有遛狗方法：

package com.nz.pojo;
/**
 * 定義狗類(lèi)繼承動(dòng)物類(lèi)，
 * 隨之重寫(xiě)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(ài)啃骨頭！");
    }
    public void walk() {
        System.out.println("小狗在被我溜著！");
    }
}

定義測(cè)試類(lèi)

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
import com.nz.pojo.Dog;
/**
 * 測(cè)試多態(tài)的向下轉(zhuǎn)型的問(wèn)題
 */
public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上轉(zhuǎn)型的過(guò)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(guò)，但是會(huì)運(yùn)行報(bào)錯(cuò)
    }
}

得到結(jié)果：

小喵咪都喜歡吃魚(yú)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(guò)編譯，但是終究在運(yùn)行時(shí)，還是出錯(cuò)了，拋出了 ClassCastException 類(lèi)型轉(zhuǎn)換的異常。

其實(shí)我們可以知道，我們?cè)谏厦娴臅r(shí)候，創(chuàng)建了Cat類(lèi)型對(duì)象，而在向下轉(zhuǎn)型時(shí)，將其強(qiáng)行轉(zhuǎn)換為了Dog類(lèi)型，所以程序在運(yùn)行時(shí)，就會(huì)拋出類(lèi)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(lèi)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(lèi)型

解釋?zhuān)?/strong>

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
import com.nz.pojo.Dog;
/**
 * 使用instanceof解決類(lèi)型轉(zhuǎn)換異常！
 */
public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上轉(zhuǎn)型的過(guò)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
        }
    }
}