文章目录
- 前言
- 一、多态的概念
- 二、多态实现的条件
- 三、重写
- 1.什么是重写
- 2.重写和重载的区别
- 四、向上转型和向下转型
- 1.向上转型
- 2.向下转型
- 五、多态的优缺点
- 六、避免在构造方法中调用重写的方法
- 总结
前言
到这里为止我们已经把面向对象的三大特性中的封装和继承讲完了，接下来我们接着学习关于多态的知识
一、多态的概念
在Java中，多态是面向对象编程中的一个重要概念，它允许不同类型的对象对同一方法进行不同的实现。具体来说，多态性指的是通过父类的引用变量来引用子类的对象，从而实现对不同对象的统一操作
二、多态实现的条件
在Java中要实现多态，必须要满足如下几个条件，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
多态的实现：在代码运行时，当传递不同类对象时，会调用对应类的方法
class Animal {
String name;
int age;
public Animal(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public void eat() {
System.out.println(this.name+"正在吃");
}
}
class Dog extends Animal {
public Dog(String name, int age) {
super(name, age);
}
@Override
public void eat() {
System.out.println(this.name+"正在吃狗粮");
}
}
class Cat extends Animal {
public Cat(String name, int age) {
super(name, age);
}
@Override
public void eat() {
System.out.println(this.name+"正在吃猫粮");
}
}
public class Test {
public static void eat(Animal animal) {
animal.eat();
}
public static void main(String[] args) {
Dog dog = new Dog("旺财",3);
Cat cat = new Cat("咪咪",2);
eat(dog);
eat(cat);
}
}
三、重写
1.什么是重写
重写(override)：也称为覆盖。重写是子类对父类非静态、非private修饰，非final修饰，非构造方法等的实现过程进行重新编写, 返回值和形参都不能改变。即外壳不变，核心重写！ 重写的好处在于子类可以根据需要，定义特定于自己的行为。 也就是说子类能够根据需要实现父类的方法
方法重写的规则
1.子类在重写父类的方法时，一般必须与父类方法原型一致： 返回值类型 方法名 (参数列表) 要完全一致
2.被重写的方法返回值类型可以不同，但是必须是具有父子关系的
3.访问权限不能比父类中被重写的方法的访问权限更低。例如：如果父类方法被public修饰，则子类中重写该方法就不能声明为 protected
4.父类被static、private修饰的方法、构造方法都不能被重写。
5.重写的方法, 可以使用 @Override 注解来显式指定. 有了这个注解能帮我们进行一些合法性校验. 例如不小心将方法名字拼写错了 (比如写成 aet),那么此时编译器就会发现父类中没有 aet 方法, 就会编译报错, 提示无法构重写
2.重写和重载的区别
重写（Override）指的是子类重新定义和实现了从父类中继承的方法。重写的方法具有与父类方法相同的名称、参数列表和返回类型
重载（Overload）指的是在同一个类中，根据方法的参数列表的不同，定义多个具有相同名称但参数类型或个数不同的方法。重载的方法具有相同的名称，但方法签名不同
区别:
1.定义位置：重载方法定义在同一个类中，而重写方法定义在父类和子类之间。
2.方法签名：重载方法具有相同的名称，但方法签名（参数类型和个数）不同。重写方法具有相同的名称和方法签名。
3.继承关系：重载方法不涉及继承关系，可以在同一个类中定义。重写方法是在子类中对父类方法的重新定义和实现。
4.运行时调用：重载方法是根据方法的参数列表的不同进行静态绑定，在编译时确定。重写方法是根据对象的实际类型进行动态绑定，在运行时确定。
5.目的：重载方法用于在同一个类中实现相似功能但具有不同参数的方法。重写方法用于子类重新定义父类方法的行为，以适应子类的特定需求
静态绑定： 也称为前期绑定(早绑定)，即在编译时，根据用户所传递实参类型就确定了具体调用那个方法。典型代表函数重载。
动态绑定： 也称为后期绑定(晚绑定)，即在编译时，不能确定方法的行为，需要等到程序运行时，才能够确定具体调用那个类的方法
四、向上转型和向下转型
1.向上转型
向上转型：实际就是创建一个子类对象，将其当成父类对象来使用
语法格式：父类类型 对象名 = new 子类类型()
class Animal {
String name;
int age;
public Animal(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public void eat() {
System.out.println(this.name+"正在吃");
}
}
class Dog extends Animal {
public Dog(String name, int age) {
super(name, age);
}
@Override
public void eat() {
System.out.println(this.name+"正在吃狗粮");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Animal animal = new Dog("旺财",3);//向上转型
animal.eat();//animal调用的是Dog类中的eat()方法
}
}
使用场景
1.直接赋值
Animal animal = new Dog("旺财",3);//子类对象赋值给父类对象
2.方法传参
class Animal {
String name;
int age;
public Animal(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public void eat() {
System.out.println(this.name+"正在吃");
}
}
class Dog extends Animal {
public Dog(String name, int age) {
super(name, age);
}
@Override
public void eat() {
System.out.println(this.name+"正在吃狗粮");
}
}
class Cat extends Animal {
public Cat(String name, int age) {
super(name, age);
}
@Override
public void eat() {
System.out.println(this.name+"正在吃猫粮");
}
}
public class Test {
//形参为父类引用可以接收任意子类对象
public static void eat(Animal animal) {
animal.eat();
}
public static void main(String[] args) {
Dog dog = new Dog("旺财",3);
Cat cat = new Cat("咪咪",2);
eat(dog);
eat(cat);
}
}
3.方法返回
//返回任意子类对象
public static Animal buyAnimal(String var){
if("狗".equals(var) ){
return new Dog("狗狗",1);
}else if("猫" .equals(var)){
return new Cat("猫猫", 1);
}else{
return null;
}
}
向上转型的优点： 让代码实现更简单灵活。
向上转型的缺陷： 不能调用到子类特有的方法
2.向下转型
将一个子类对象经过向上转型之后当成父类方法使用，再无法调用子类的方法，但有时候可能需要调用子类特有的方法，此时：将父类引用再还原为子类对象即可，即向下转换
向下转型用的比较少，而且不安全，万一转换失败，运行时就会抛异常。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
class Animal {
public void eat() {
System.out.println("正在吃");
}
}
class Dog extends Animal {
@Override
public void eat() {
System.out.println("正在吃狗粮");
}
public void bark() {
System.out.println("正在汪汪叫");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Animal animal = new Dog(); // 向上转型
// 使用向下转型之前，需要先检查对象是否实际上是子类的实例
if (animal instanceof Dog) {
Dog dog = (Dog) animal; // 向下转型
dog.bark(); // 调用 Dog 类中的 bark() 方法
} else {
System.out.println("animal is not an instance of Dog");
}
}
}
五、多态的优缺点
使用多态的好处
1.能够降低代码的 “圈复杂度”, 避免使用大量的 if – else
什么叫 “圈复杂度” ?
圈复杂度是一种描述一段代码复杂程度的方式. 一段代码如果平铺直叙, 那么就比较简单容易理解. 而如果有很多的条件分支或者循环语句, 就认为理解起来更复杂.
因此我们可以简单粗暴的计算一段代码中条件语句和循环语句出现的个数, 这个个数就称为 “圈复杂度”.
如果一个方法的圈复杂度太高, 就需要考虑重构.
不同公司对于代码的圈复杂度的规范不一样. 一般不会超过 10
以下代码是在不基于多态的方法下的打印图形代码
class Rect {
public void draw() {
System.out.println("⚪");
}
}
class Cycle {
public void draw() {
System.out.println("矩形");
}
}
class Triangle {
public void draw() {
System.out.println("三角形");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Rect rect = new Rect();
Cycle cycle = new Cycle();
Triangle triangle = new Triangle();
String[] strings = {"1","2","1","2","3"};
for(String s : strings) {
if(s.equals("1")) {
cycle.draw();
}else if(s.equals("2")) {
rect.draw();
}else {
triangle.draw();
}
}
}
}
接下来是在基于多态的方法下的代码
class Shape {
public void draw() {
System.out.println("打印图形");
}
}
class Rect extends Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("⚪");
}
}
class Cycle extends Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("矩形");
}
}
class Triangle extends Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("三角形");
}
}
public class Test {
public static void drawMap(Shape shape){
shape.draw();
}
public static void main(String[] args) {
Shape rect = new Rect();
Shape cycle = new Cycle();
Shape triangle = new Triangle();
Shape[] shapes = {cycle,rect,cycle,rect,triangle};
for(Shape shape : shapes) {
shape.draw();
}
}
2.可扩展能力强
class Shape {
public void draw() {
System.out.println("打印图形");
}
}
class Rect extends Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("⚪");
}
}
class Cycle extends Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("矩形");
}
}
class Triangle extends Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("三角形");
}
}
class Flower 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) {
Shape rect = new Rect();
Shape cycle = new Cycle();
Shape triangle = new Triangle();
Shape flower = new Flower();
Shape[] shapes = {cycle,rect,cycle,rect,triangle,flower};
for(Shape shape : shapes) {
shape.draw();
}
}
对于类的调用者来说(drawMap方法), 只要创建一个新类的实例就可以了, 改动成本很低.
而对于不用多态的情况, 就要把 drawMap中的 if – else 进行一定的修改, 改动成本更高
多态的缺陷
1.属性没有多态性
当父类和子类都有同名属性的时候，通过父类引用，只能引用父类自己的成员属性
2.构造方法没有多态性
六、避免在构造方法中调用重写的方法
class B {
public B() {
// do nothing
func();
}
public void func() {
System.out.println("B.func()");
}
}
class D extends B {
private int num = 1;
@Override
public void func() {
System.out.println("D.func() " + num);
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
D d = new D();
}
}
1.构造 D 对象的同时, 会调用 B 的构造方法.
2.B 的构造方法中调用了 func 方法, 此时会触发动态绑定, 会调用到 D 中的 func
3.此时 D 对象自身还没有构造, 此时 num 处在未初始化的状态, 值为 0.
4.所以在构造函数内，尽量避免使用实例方法，除了final和private方法
结论: “用尽量简单的方式使对象进入可工作状态”, 尽量不要在构造器中调用方法(如果这个方法被子类重写, 就会触发动态绑定, 但是此时子类对象还没构造完成), 可能会出现一些隐藏的但是又极难发现的问题
总结
在面向对象的三大特性中：
封装隐藏了类的内部实现机制，可以在不影响使用的情况下改变类的内部结构，同时也保护了数据。对外界而已它的内部细节是隐藏的，暴露给外界的只是它的访问方法
继承是为了实现代码的复用。两个类若存在is-a的关系就可以使用继承，同时继承也为实现多态做了铺垫
多态指同一个方法名称可以被不同的对象调用，产生不同的结果，简单说就是同样的消息（方法名）被不同的对象接收，导致不同的行为
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