面向对象JAVA多态性

来源：互联网发布：淘宝甜品店推荐知乎编辑：程序博客网时间：2024/05/02 03:06

数据抽象、继承和多态是面向对象程序设计语言的三大特性。多态，我觉得它的作用就是用来将接口和实现分离开，改善代码的组织结构，增强代码的可读性。在某些很简单的情况下，或许我们不使用多态也能开发出满足我们需要的程序，但大多数情况，如果没有多态，就会觉得代码极其难以维护。

在Java中，谈论多态就是在讨论方法调用的绑定，绑定就是将一个方法调用同一个方法主体关联起来。在C语言中，方法(在C中称为函数)的绑定是由编译器来实现的，在英文中称为early binding(前期绑定)，因此，大家自然就会想到相对应的late binding(后期绑定)，这在Java中通常叫做run-time binding(运行时绑定)，我个人觉得这样称呼更贴切，运行时绑定的目的就是在代码运行的时候能够判断对象的类型。通过一个简单的例子说明：

/**

* 定义一个基类

public Class Parents {

public void print() {

System.out.println(“parents”);

}

/**

* 定义两个派生类

public Class Father extends Parents {

public void print() {

System.out.println(“father”);

}

public Class Mother extends Parents {

public void print() {

System.out.println(“mother”);

}

/**

* 测试输出结果的类

public Class Test {

public void find(Parents p) {

p.print();

}

public static void main(String[] args) {

Test t = new Test();

Father f = new Father();

Mother m = new Mother();

t.find(f);

t.find(m);

}

最后的输出结果分别是father和mother，将派生类的引用传给基类的引用，然后调用重写方法，基类的引用之所以能够找到应该调用那个派生类的方法，就是因为程序在运行时进行了绑定。

学过Java基础的人都能很容易理解上面的代码和多态的原理，但是仍有一些关键的地方需要注意的，算是自己对多态的一个小结：

1. Java中除了static和final方法外，其他所有的方法都是运行时绑定的。在我另外一篇文章中说到private方法都被隐式指定为final的，因此final的方法不会在运行时绑定。当在派生类中重写基类中static、final、或private方法时，实质上是创建了一个新的方法。

2.在派生类中，对于基类中的private方法，最好采用不同的名字。

3.包含抽象方法的类叫做抽象类。注意定义里面包含这样的意思，只要类中包含一个抽象方法，该类就是抽象类。抽象类在派生中就是作为基类的角色，为不同的子类提供通用的接口。

4.对象清理的顺序和创建的顺序相反，当然前提是自己想手动清理对象，因为大家都知道Java垃圾回收器。

5.在基类的构造方法中小心调用基类中被重写的方法，这里涉及到对象初始化顺序。

6.构造方法是被隐式声明为static方法。

7.用继承表达行为间的差异，用字段表达状态上的变化。

如何理解Java多态性？通过类型转换，把一个对象当作它的基类对象对待。
从相同的基类派生出来的多个派生类可被当作同一个类型对待，可对这些不同的类型进行同样的处理。
这些不同派生类的对象响应同一个方法时的行为是有所差别的，这正是这些相似的类之间彼此区别的不同之处。

动态绑定

将一个方法调用和一个方法主体连接到一起称为绑定（Binding）。
根据绑定的时机不同，可将绑定分为“早期绑定”和“后期绑定”两种。
如果在程序运行之前进行绑定（由编译器和链接程序完成），称为早期绑定。
如果在程序运行期间进行绑定，称为后期绑定，后期绑定也称为“动态绑定”或“运行时绑定”。
在Java中，多态性是依靠动态绑定实现的，即Java虚拟机在运行时确定要调用哪一个同名方法。

多态的应用

由于多态性，一个父类的引用变量可以指向不同的子类对象，并且在运行时根据父类引用变量所指向对象的实际类型执行相应的子类方法。
利用多态性进行二次分发。
利用多态性设计回调方法。

多态的例子

Shape类是几个具体图形类的父类

package cn.edu.uibe.poly;

public class Shape {
public void draw(){
System.out.println("Shape.draw()");
}

}

Rectangle类是Shape类的一个子类

package cn.edu.uibe.poly;
public class Rectangle extends Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("画矩形");
}

}

Circle类也是Shape类的子类

package cn.edu.uibe.poly;
public class Circle extends Shape{
@Override
public void draw() {
System.out.println("画圆");
}
}

Triangle类是Shape类的另外一个子类

package cn.edu.uibe.poly;
public class Triangle extends Shape{
@Override
public void draw() {
System.out.println("画三角形");
}
}

ShapeDemo类中随机生成矩形、圆、三角形，然后用Shape类型的引用调用。

package cn.edu.uibe.poly;
import java.util.*;
public class ShapeDemo {
    Random rand = new Random();
    public Shape createShape(){
        int c = rand.nextInt(3);
        Shape s = null;
        switch(c){
        case 0:
            s = new Rectangle();
            break;
        case 1:
            s = new Circle();
            break;
        case 2:
            s = new Triangle();
            break;
        }
        return s;
    }
    public static void main(String[] args) {
        ShapeDemo demo = new ShapeDemo();
        Shape[] shapes = new Shape[10];
        for(int i=0;i<shapes.length;i++){
            shapes[i] = demo.createShape();
        }
        for(int i=0;i<shapes.length;i++){
            shapes[i].draw();//同样的消息，不同的响应
        }


    }

}

Java的多态性

    面向对象编程有三个特征，即封装、继承和多态。

    封装隐藏了类的内部实现机制，从而可以在不影响使用者的前提下改变类的内部结构，同时保护了数据。

    继承是为了重用父类代码，同时为实现多态性作准备。那么什么是多态呢？

    方法的重写、重载与动态连接构成多态性。Java之所以引入多态的概念，原因之一是它在类的继承问题上和C++不同，后者允许多继承，这确实给其带来的非常强大的功能，但是复杂的继承关系也给C++开发者带来了更大的麻烦，为了规避风险，Java只允许单继承，派生类与基类间有IS-A的关系（即“猫”is a “动物”）。这样做虽然保证了继承关系的简单明了，但是势必在功能上有很大的限制，所以，Java引入了多态性的概念以弥补这点的不足，此外，抽象类和接口也是解决单继承规定限制的重要手段。同时，多态也是面向对象编程的精髓所在。

    要理解多态性，首先要知道什么是“向上转型”。

    我定义了一个子类Cat，它继承了Animal类，那么后者就是前者是父类。我可以通过

Cat c = new Cat();
实例化一个Cat的对象，这个不难理解。但当我这样定义时：

Animal a = new Cat();
这代表什么意思呢？

    很简单，它表示我定义了一个Animal类型的引用，指向新建的Cat类型的对象。由于Cat是继承自它的父类Animal，所以Animal类型的引用是可以指向Cat类型的对象的。那么这样做有什么意义呢？因为子类是对父类的一个改进和扩充，所以一般子类在功能上较父类更强大，属性较父类更独特，

定义一个父类类型的引用指向一个子类的对象既可以使用子类强大的功能，又可以抽取父类的共性。

所以，父类类型的引用可以调用父类中定义的所有属性和方法，而对于子类中定义而父类中没有的方法，它是无可奈何的；

同时，父类中的一个方法只有在在父类中定义而在子类中没有重写的情况下，才可以被父类类型的引用调用；

对于父类中定义的方法，如果子类中重写了该方法，那么父类类型的引用将会调用子类中的这个方法，这就是动态连接。

看下面这段程序：

class Father{
    public void func1(){
        func2();
    }
    //这是父类中的func2()方法，因为下面的子类中重写了该方法
    //所以在父类类型的引用中调用时，这个方法将不再有效
    //取而代之的是将调用子类中重写的func2()方法
    public void func2(){
        System.out.println("AAA");
    }
}

class Child extends Father{
    //func1(int i)是对func1()方法的一个重载
    //由于在父类中没有定义这个方法，所以它不能被父类类型的引用调用
    //所以在下面的main方法中child.func1(68)是不对的
    public void func1(int i){
        System.out.println("BBB");
    }
    //func2()重写了父类Father中的func2()方法
    //如果父类类型的引用中调用了func2()方法，那么必然是子类中重写的这个方法
    public void func2(){
        System.out.println("CCC");
    }
}

public class PolymorphismTest {
    public static void main(String[] args) {
        Father child = new Child();
        child.func1();//打印结果将会是什么？
    }
}
    上面的程序是个很典型的多态的例子。子类Child继承了父类Father，并重载了父类的func1()方法，重写了父类的func2()方法。重载后的func1(int i)和func1()不再是同一个方法，由于父类中没有func1(int i)，那么，父类类型的引用child就不能调用func1(int i)方法。而子类重写了func2()方法，那么父类类型的引用child在调用该方法时将会调用子类中重写的func2()。

    那么该程序将会打印出什么样的结果呢？

    很显然，应该是“CCC”。

    对于多态，可以总结它为：

    一、使用父类类型的引用指向子类的对象；

    二、该引用只能调用父类中定义的方法和变量；

    三、如果子类中重写了父类中的一个方法，那么在调用这个方法的时候，将会调用子类中的这个方法；（动态连接、动态调用）

    四、变量不能被重写（覆盖），”重写“的概念只针对方法，如果在子类中”重写“了父类中的变量，那么在编译时会报错。

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多态详解(整理)2008-09-03 19:29多态是通过:
1 接口和实现接口并覆盖接口中同一方法的几不同的类体现的
2 父类和继承父类并覆盖父类中同一方法的几个不同子类实现的.

一、基本概念

多态性：发送消息给某个对象，让该对象自行决定响应何种行为。
通过将子类对象引用赋值给超类对象引用变量来实现动态方法调用。

java 的这种机制遵循一个原则：当超类对象引用变量引用子类对象时，被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法，但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是说被子类覆盖的方法。

1. 如果a是类A的一个引用，那么，a可以指向类A的一个实例,或者说指向类A的一个子类。
2. 如果a是接口A的一个引用，那么,a必须指向实现了接口A的一个类的实例。

二、Java多态性实现机制

SUN目前的JVM实现机制，类实例的引用就是指向一个句柄（handle）的指针，这个句柄是一对指针：
一个指针指向一张表格，实际上这个表格也有两个指针（一个指针指向一个包含了对象的方法表，另外一个指向类对象，表明该对象所属的类型）；
另一个指针指向一块从java堆中为分配出来内存空间。

三、总结

1、通过将子类对象引用赋值给超类对象引用变量来实现动态方法调用。

DerivedC c2=new DerivedC();
BaseClass a1= c2; //BaseClass 基类，DerivedC是继承自BaseClass的子类
a1.play(); //play()在BaseClass，DerivedC中均有定义，即子类覆写了该方法

分析：
* 为什么子类的类型的对象实例可以覆给超类引用？
自动实现向上转型。通过该语句，编译器自动将子类实例向上移动，成为通用类型BaseClass；
* a.play()将执行子类还是父类定义的方法？
子类的。在运行时期，将根据a这个对象引用实际的类型来获取对应的方法。所以才有多态性。一个基类的对象引用，被赋予不同的子类对象引用，执行该方法时，将表现出不同的行为。

在a1=c2的时候，仍然是存在两个句柄，a1和c2，但是a1和c2拥有同一块数据内存块和不同的函数表。

2、不能把父类对象引用赋给子类对象引用变量

BaseClass a2=new BaseClass();
DerivedC c1=a2;//出错

在java里面，向上转型是自动进行的,但是向下转型却不是，需要我们自己定义强制进行。
c1=(DerivedC)a2; 进行强制转化,也就是向下转型.

3、记住一个很简单又很复杂的规则，一个类型引用只能引用引用类型自身含有的方法和变量。
你可能说这个规则不对的，因为父类引用指向子类对象的时候，最后执行的是子类的方法的。
其实这并不矛盾，那是因为采用了后期绑定，动态运行的时候又根据型别去调用了子类的方法。而假若子类的这个方法在父类中并没有定义，则会出错。
例如，DerivedC类在继承BaseClass中定义的函数外，还增加了几个函数（例如 myFun()）

分析：
当你使用父类引用指向子类的时候，其实jvm已经使用了编译器产生的类型信息调整转换了。
这里你可以这样理解，相当于把不是父类中含有的函数从虚拟函数表中设置为不可见的。注意有可能虚拟函数表中有些函数地址由于在子类中已经被改写了，所以对象虚拟函数表中虚拟函数项目地址已经被设置为子类中完成的方法体的地址了。

4、Java与C++多态性的比较

jvm关于多态性支持解决方法是和c++中几乎一样的，
只是c++中编译器很多是把类型信息和虚拟函数信息都放在一个虚拟函数表中，但是利用某种技术来区别。

Java把类型信息和函数信息分开放。Java中在继承以后，子类会重新设置自己的虚拟函数表，这个虚拟函数表中的项目有由两部分组成。从父类继承的虚拟函数和子类自己的虚拟函数。
虚拟函数调用是经过虚拟函数表间接调用的，所以才得以实现多态的。

            Java的所有函数，除了被声明为final的，都是用后期绑定。

四.   1个行为,不同的对象,他们具体体现出来的方式不一样,
        比如:     方法重载 overloading 以及方法重写(覆盖)override
                  class Human{
                 void run(){输出人在跑}
                      }
                class Man extends Human{
            void run(){输出男人在跑}
                  }
                 这个时候,同是跑,不同的对象,不一样(这个是方法覆盖的例子)
                class Test{
            void out(String str){输出 str}
             void out(int i){输出 i}
                }
                这个例子是方法重载,方法名相同,参数表不同

               ok,明白了这些还不够,还用人在跑举例
              Human ahuman=new Man();
              这样我等于实例化了一个Man的对象,并声明了一个Human的引用,让它去指向Man这个对象
               意思是说,把 Man这个对象当 Human看了.

               比如去动物园,你看见了一个动物,不知道它是什么, "这是什么动物? " "这是大熊猫! "
               这2句话,就是最好的证明,因为不知道它是大熊猫,但知道它的父类是动物,所以,
               这个大熊猫对象,你把它当成其父类动物看,这样子合情合理.

              这种方式下要注意 new Man();的确实例化了Man对象,所以 ahuman.run()这个方法输出的   是 "男人在跑 "

               如果在子类 Man下你写了一些它独有的方法比如 eat(),而Human没有这个方法,

在调用eat方法时,一定要注意强制类型转换 ((Man)ahuman).eat(),这样才可以...

对接口来说,情况是类似的...

实例:

package domatic;

//定义超类superA
class superA {
int i = 100;

void fun(int j) {
j = i;
System.out.println("This is superA");
}
}

// 定义superA的子类subB
class subB extends superA {
int m = 1;

void fun(int aa) {
System.out.println("This is subB");
}
}

// 定义superA的子类subC
class subC extends superA {
int n = 1;

void fun(int cc) {
System.out.println("This is subC");
}
}

class Test {
public static void main(String[] args) {
superA a = new superA();
subB b = new subB();
subC c = new subC();
a = b;
a.fun(100);
a = c;
a.fun(200);
}
}
/*
* 上述代码中subB和subC是超类superA的子类,我们在类Test中声明了3个引用变量a, b,
* c,通过将子类对象引用赋值给超类对象引用变量来实现动态方法调用。也许有人会问：
* "为什么(1)和(2)不输出：This is superA"。
* java的这种机制遵循一个原则：当超类对象引用变量引用子类对象时,
* 被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法,
* 但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的,
* 也就是说被子类覆盖的方法。
* 所以,不要被上例中(1)和(2)所迷惑,虽然写成a.fun(),但是由于(1)中的a被b赋值,
* 指向了子类subB的一个实例,因而(1)所调用的fun()实际上是子类subB的成员方法fun(),
* 它覆盖了超类superA的成员方法fun()；同样(2)调用的是子类subC的成员方法fun()。
* 另外,如果子类继承的超类是一个抽象类,虽然抽象类不能通过new操作符实例化,
* 但是可以创建抽象类的对象引用指向子类对象,以实现运行时多态性。具体的实现方法同上例。
* 不过,抽象类的子类必须覆盖实现超类中的所有的抽象方法,
* 否则子类必须被abstract修饰符修饰,当然也就不能被实例化了
*/
以上大多数是以子类覆盖父类的方法实现多态.下面是另一种实现多态的方法-----------重写父类方法

1.JAVA里没有多继承，一个类之能有一个父类。而继承的表现就是多态。一个父类可以有多个子类，而在子类里可以重写父类的方法（例如方法print()），这样每个子类里重写的代码不一样，自然表现形式就不一样。这样用父类的变量去引用不同的子类，在调用这个相同的方法print()的时候得到的结果和表现形式就不一样了，这就是多态，相同的消息（也就是调用相同的方法）会有不同的结果。举例说明：
//父类
public class Father{
    //父类有一个打孩子方法
    public void hitChild(){
    }
}
//子类1
public class Son1 extends Father{
    //重写父类打孩子方法
    public void hitChild(){
       System.out.println("为什么打我？我做错什么了！");
    }
}
//子类2
public class Son2 extends Father{
    //重写父类打孩子方法
    public void hitChild(){
       System.out.println("我知道错了，别打了！");
    }
}
//子类3
public class Son3 extends Father{
    //重写父类打孩子方法
    public void hitChild(){
       System.out.println("我跑，你打不着！");
    }
}

//测试类
public class Test{
    public static void main(String args[]){
       Father father;

       father = new Son1();
       father.hitChild();

       father = new Son2();
       father.hitChild();

       father = new Son3();
       father.hitChild();
    }
}
都调用了相同的方法，出现了不同的结果！这就是多态的表现！

（一）相关类

class A ...{

public String show(D obj)...{

return ("A and D");

}

public String show(A obj)...{

return ("A and A");

}

class B extends A...{

public String show(B obj)...{

return ("B and B");

}

public String show(A obj)...{

return ("B and A");

}

class C extends B...{}

class D extends B...{}

（二）问题：以下输出结果是什么？

A a1 = new A();

A a2 = new B();

B b = new B();

C c = new C();

D d = new D();

System.out.println(a1.show(b)); ①

System.out.println(a1.show(c)); ②

System.out.println(a1.show(d)); ③

System.out.println(a2.show(b)); ④

System.out.println(a2.show(c)); ⑤

System.out.println(a2.show(d)); ⑥

System.out.println(b.show(b)); ⑦

System.out.println(b.show(c)); ⑧

System.out.println(b.show(d)); ⑨

（三）答案

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

（四）分析

①②③比较好理解，一般不会出错。④⑤就有点糊涂了，为什么输出的不是"B and B”呢？！！先来回顾一下多态性。

运行时多态性是面向对象程序设计代码重用的一个最强大机制，动态性的概念也可以被说成“一个接口，多个方法”。Java实现运行时多态性的基础是动态方法调度，它是一种在运行时而不是在编译期调用重载方法的机制。

方法的重写Overriding和重载Overloading是Java多态性的不同表现。重写Overriding是父类与子类之间多态性的一种表现，重载Overloading是一个类中多态性的一种表现。如果在子类中定义某方法与其父类有相同的名称和参数，我们说该方法被重写(Overriding)。子类的对象使用这个方法时，将调用子类中的定义，对它而言，父类中的定义如同被“屏蔽”了。如果在一个类中定义了多个同名的方法，它们或有不同的参数个数或有不同的参数类型，则称为方法的重载(Overloading)。Overloaded的方法是可以改变返回值的类型。方法的重写Overriding和重载Overloading是Java多态性的不同表现。重写Overriding是父类与子类之间多态性的一种表现，重载Overloading是一个类中多态性的一种表现。如果在子类中定义某方法与其父类有相同的名称和参数，我们说该方法被重写 (Overriding)。子类的对象使用这个方法时，将调用子类中的定义，对它而言，父类中的定义如同被“屏蔽”了。如果在一个类中定义了多个同名的方法，它们或有不同的参数个数或有不同的参数类型，则称为方法的重载(Overloading)。Overloaded的方法是可以改变返回值的类型。

当超类对象引用变量引用子类对象时，被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法，但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是说被子类覆盖的方法。（但是如果强制把超类转换成子类的话，就可以调用子类中新添加而超类没有的方法了。）

好了，先温习到这里，言归正传！实际上这里涉及方法调用的优先问题，优先级由高到低依次为：this.show(O)、super.show(O)、this.show((super)O)、super.show((super)O)。让我们来看看它是怎么工作的。

比如④，a2.show(b)，a2是一个引用变量，类型为A，则this为a2，b是B的一个实例，于是它到类A里面找show(B obj)方法，没有找到，于是到A的super(超类)找，而A没有超类，因此转到第三优先级this.show((super)O)，this仍然是a2，这里O为B，(super)O即(super)B即A，因此它到类A里面找show(A obj)的方法，类A有这个方法，但是由于a2引用的是类B的一个对象，B覆盖了A的show(A obj)方法，因此最终锁定到类B的show(A obj)，输出为"B and A”。

再比如⑧，b.show(c)，b是一个引用变量，类型为B，则this为b，c是C的一个实例，于是它到类B找show(C obj)方法，没有找到，转而到B的超类A里面找，A里面也没有，因此也转到第三优先级this.show((super)O)，this为b，O为C，(super)O即(super)C即B，因此它到B里面找show(B obj)方法，找到了，由于b引用的是类B的一个对象，因此直接锁定到类B的show(B obj)，输出为"B and B”。

按照上面的方法，可以正确得到其他的结果。

问题还要继续，现在我们再来看上面的分析过程是怎么体现出蓝色字体那句话的内涵的。它说：当超类对象引用变量引用子类对象时，被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法，但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是说被子类覆盖的方法。还是拿a2.show(b)来说吧。

a2是一个引用变量，类型为A，它引用的是B的一个对象，因此这句话的意思是由B来决定调用的是哪个方法。因此应该调用B的show(B obj)从而输出"B and B”才对。但是为什么跟前面的分析得到的结果不相符呢？！问题在于我们不要忽略了蓝色字体的后半部分，那里特别指明：这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是被子类覆盖的方法。B里面的show(B obj)在超类A中有定义吗？没有！那就更谈不上被覆盖了。实际上这句话隐藏了一条信息：它仍然是按照方法调用的优先级来确定的。它在类A中找到了show(A obj)，如果子类B没有覆盖show(A obj)方法，那么它就调用A的show(A obj)（由于B继承A，虽然没有覆盖这个方法，但从超类A那里继承了这个方法，从某种意义上说，还是由B确定调用的方法，只是方法是在A中实现而已）；现在子类B覆盖了show(A obj)，因此它最终锁定到B的show(A obj)。这就是那句话的意义所在。