JAVASE多态性

/** * @company sinobest * @date    2013-10-11 * @author  zhengchubin */class Note {  private int value;  private Note(int val) { value = val; }  public static final Note    middleC = new Note(0),     cSharp = new Note(1),    cFlat = new Note(2);} // Etc.class Instrument {  public void play(Note n) {    System.out.println("Instrument.play()");  }}// Wind objects are instruments// because they have the same interface:class Wind extends Instrument {  // Redefine interface method:  public void play(Note n) {    System.out.println("Wind.play()");  }}public class Music {  public static void tune(Instrument i) {    // ...    i.play(Note.middleC);  }  public static void main(String[] args) {    Wind flute = new Wind();    tune(flute); // Upcasting  }}

“对于面向对象的程序设计语言，多型性是第三种最基本的特征（前两种是数据抽象和继承。”

“多形性”（Polymorphism）从另一个角度将接口从具体的实施细节中分离出来，亦即实现了“是什么”与“怎样做”两个模块的分离。利用多形性的概念，代码的组织以及可读性均能获得改善。此外，还能创建“易于扩展”的程序。无论在项目的创建过程中，还是在需要加入新特性的时候，它们都可以方便地“成长”。
通过合并各种特征与行为，封装技术可创建出新的数据类型。通过对具体实施细节的隐藏，可将接口与实施细节分离，使所有细节成为“private”（私有）。这种组织方式使那些有程序化编程背景人感觉颇为舒适。但多形性却涉及对“类型”的分解。通过上一章的学习，大家已知道通过继承可将一个对象当作它自己的类型或者它自己的基础类型对待。这种能力是十分重要的，因为多个类型（从相同的基础类型中衍生出来）可被当作同一种类型对待。而且只需一段代码，即可对所有不同的类型进行同样的处理。利用具有多形性的方法调用，一种类型可将自己与另一种相似的类型区分开，只要它们都是从相同的基础类型中衍生出来的。这种区分是通过各种方法在行为上的差异实现的，可通过基础类实现对那些方法的调用。
在这一章中，大家要由浅入深地学习有关多形性的问题（也叫作动态绑定、推迟绑定或者运行期绑定）。同时举一些简单的例子，其中所有无关的部分都已剥除，只保留与多形性有关的代码。
-----------------------------------

为什么所有人都应该有意忘记一个对象的类型呢？进行上溯造型时，就可能产生这方面的疑惑。而且如果让tune()简单地取得一个Wind句柄，将其作为自己的自变量使用，似乎会更加简单、直观得多。但要注意：假如那样做，就需为系统内Instrument的每种类型写一个全新的tune()。假设按照前面的推论，加入Stringed（弦乐）和Brass（铜管）这两种Instrument（乐器）：

/** * @company sinobest * @date    2013-10-11 * @author  zhengchubin */class Note2 {  private int value;  private Note2(int val) { value = val; }  public static final Note2    middleC = new Note2(0),     cSharp = new Note2(1),    cFlat = new Note2(2);} // Etc.class Instrument2 {  public void play(Note2 n) {    System.out.println("Instrument2.play()");  }}class Wind2 extends Instrument2 {  public void play(Note2 n) {    System.out.println("Wind2.play()");  }}class Stringed2 extends Instrument2 {  public void play(Note2 n) {    System.out.println("Stringed2.play()");  }}class Brass2 extends Instrument2 {  public void play(Note2 n) {    System.out.println("Brass2.play()");  }}public class Music2 {//  public static void tune(Wind2 i) {//    i.play(Note2.middleC);//  }//  public static void tune(Stringed2 i) {//    i.play(Note2.middleC);//  }//  public static void tune(Brass2 i) {//    i.play(Note2.middleC);//  }  public static void tune(Instrument2 i) {    // ...    i.play(Note2.middleC);  }    public static void main(String[] args) {    Wind2 flute = new Wind2();    Stringed2 violin = new Stringed2();    Brass2 frenchHorn = new Brass2();    tune(flute); // No upcasting    tune(violin);    tune(frenchHorn);  }}

 

这样做当然行得通，但却存在一个极大的弊端：必须为每种新增的Instrument2类编写与类紧密相关的方法。这意味着第一次就要求多得多的编程量。以后，假如想添加一个象tune()那样的新方法或者为Instrument添加一个新类型，仍然需要进行大量编码工作。此外，即使忘记对自己的某个方法进行过载设置，编译器也不会提示任何错误。这样一来，类型的整个操作过程就显得极难管理，有失控的危险。但假如只写一个方法，将基础类作为自变量或参数使用，而不是使用那些特定的衍生类，岂不是会简单得多？也就是说，如果我们能不顾衍生类，只让自己的代码与基础类打交道，那么省下的工作量将是难以估计的。这正是“多形性”大显身手的地方。然而，大多数程序员（特别是有程序化编程背景的）对于多形性的工作原理仍然显得有些生疏。

知道Java里绑定的所有方法都通过后期绑定具有多形性以后，就可以相应地编写自己的代码，令其与基础类沟通。此时，所有的衍生类都保证能用相同的代码正常地工作。或者换用另一种方法，我们可以“将一条消息发给一个对象，让对象自行判断要做什么事情。”
在面向对象的程序设计中，有一个经典的“形状”例子。由于它很容易用可视化的形式表现出来，所以经常都用它说明问题。但很不幸的是，它可能误导初学者认为OOP只是为图形化编程设计的，这种认识当然是错误的。
形状例子有一个基础类，名为Shape；另外还有大量衍生类型：Circle（圆形），Square（方形），Triangle（三角形）等等。大家之所以喜欢这个例子，因为很容易理解“圆属于形状的一种类型”等概念。下面这幅继承图向我们展示了它们的关系：
上溯造型可用下面这个语句简单地表现出来：

Shape s = new Circle();

在这里，我们创建了Circle对象，并将结果句柄立即赋给一个Shape。这表面看起来似乎属于错误操作（将一种类型分配给另一个），但实际是完全可行的——因为按照继承关系，Circle属于Shape的一种。因此编译器认可上述语句，不会向我们提示一条出错消息。
当我们调用其中一个基础类方法时（已在衍生类里覆盖）：
s.draw();
同样地，大家也许认为会调用Shape的draw()，因为这毕竟是一个Shape句柄。那么编译器怎样才能知道该做其他任何事情呢？但此时实际调用的是Circle.draw()，因为后期绑定已经介入（多形性）。

/** * @company sinobest * @date    2013-10-11 * @author  zhengchubin */class Shape {   void draw() {}  void erase() {} }class Circle extends Shape {  void draw() {     System.out.println("Circle.draw()");   }  void erase() {     System.out.println("Circle.erase()");   }}class Square extends Shape {  void draw() {     System.out.println("Square.draw()");   }  void erase() {     System.out.println("Square.erase()");   }}class Triangle extends Shape {  void draw() {     System.out.println("Triangle.draw()");   }  void erase() {     System.out.println("Triangle.erase()");  }}public class Shapes {  public static Shape randShape() {    switch((int)(Math.random() * 3)) {      default: // To quiet the compiler      case 0: return new Circle();      case 1: return new Square();      case 2: return new Triangle();    }  }  public static void main(String[] args) {    Shape[] s = new Shape[9];    // Fill up the array with shapes:    for(int i = 0; i < s.length; i++)      s[i] = randShape();    // Make polymorphic method calls:    for(int i = 0; i < s.length; i++)      s[i].draw();  }} ///:~