java进阶 - 多态

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，Java多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。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。）

继承是子类使用父类的方法，而多态则是父类使用子类的方法。

其技术上的区别是绑定时期，晚期绑定一定是多态。

在Java中，父类的变量可以引用父类的实例，也可以引用子类的实例。

多态存在的三个必要条件：要有继承、要有重写、父类变量引用子类对象。

当使用多态方式调用方法时：

• 首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误；如果有，则检查子类是否覆盖了该方法。
• 如果子类覆盖了该方法，就调用子类的方法，否则调用父类方法。

多态的一个好处是：当子类比较多时，也不需要定义多个变量，可以只定义一个父类类型的变量来引用不同子类的实例。

多态的概念

　　多态==晚绑定。

　　不要把函数重载理解为多态。

　　因为多态是一种运行期的行为，不是编译期的行为。

　　多态：父类型的引用可以指向子类型的对象。

　　比如 Parent p = new Child();

　　　　当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误；

　　　　如果有，再去调用子类的该同名方法。

　　（注意此处，静态static方法属于特殊情况，静态方法只能继承，不能重写Override，如果子类中定义了同名同形式的静态方法，它对父类方法只起到隐藏的作用。调用的时候用谁的引用，则调用谁的版本。）

　　（参考学习链接：http://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/IandI/override.html）　　

　　如果想要调用子类中有而父类中没有的方法，需要进行强制类型转换，如上面的例子中，将p转换为子类Child类型的引用。

　　因为当用父类的引用指向子类的对象，用父类引用调用方法时，找不到父类中不存在的方法。这时候需要进行向下的类型转换，将父类引用转换为子类引用。     

 

结合实例说明               

　　下面举个例子（有问题的代码已注释）：

　　主要讲讲两种类型转换和两种编译时候的错误。　　

public class PolyTest{    public static void main(String[] args)    {                //向上类型转换        Cat cat = new Cat();        Animal animal = cat;        animal.sing();                        //向下类型转换        Animal a = new Cat();        Cat c = (Cat)a;        c.sing();        c.eat();        //编译错误        //用父类引用调用父类不存在的方法        //Animal a1 = new Cat();        //a1.eat();                //编译错误        //向下类型转换时只能转向指向的对象类型                //Animal a2 = new Cat();        //Cat c2 = (Dog)a2;            }}class Animal{    public void sing()    {        System.out.println("Animal is singing!");    }}class Dog extends Animal{    public void sing()    {        System.out.println("Dog is singing!");    }}class Cat extends Animal{    public void sing()    {        System.out.println("Cat is singing!");    }    public void eat()    {        System.out.println("Cat is eating!");    }}

　　

　　例子的执行结果：

　　

　　这段代码：　　

 

　　Cat类中定义了eat()方法，但是Animal类中没有这个方法，a1引用是Animal类的，所以找不到，编译时出错：

　　

 

两种类型的类型转换

　　（1）向上类型转换（Upcast）：将子类型转换为父类型。

　　对于向上的类型转换，不需要显示指定，即不需要加上前面的小括号和父类类型名。

　　

 

　　（2）向下类型转换（Downcast）：将父类型转换为子类型。

　　对于向下的类型转换，必须要显式指定，即必须要使用强制类型转换。

　　

 

　　并且父类型的引用必须指向子类的对象，即指向谁才能转换成谁。

　　不然也会编译出错：

 

 

　　因为父类引用指向的是Cat类的对象，而要强制转换成Dog类，这是不可能的。

动态绑定

为了理解多态的本质，下面讲一下Java调用方法的详细流程。

1) 编译器查看对象的声明类型和方法名。

假设调用 obj.func(param)，obj 为 Cat 类的对象。需要注意的是，有可能存在多个名字为func但参数签名不一样的方法。例如，可能存在方法 func(int) 和 func(String)。编译器将会一一列举所有 Cat 类中名为func的方法和其父类 Animal 中访问属性为 public 且名为func的方法。

这样，编译器就获得了所有可能被调用的候选方法列表。

2) 接下来，编泽器将检查调用方法时提供的参数签名。

如果在所有名为func的方法中存在一个与提供的参数签名完全匹配的方法，那么就选择这个方法。这个过程被称为重载解析(overloading resolution)。例如，如果调用 func("hello")，编译器会选择 func(String)，而不是 func(int)。由于自动类型转换的存在，例如 int 可以转换为 double，如果没有找到与调用方法参数签名相同的方法，就进行类型转换后再继续查找，如果最终没有匹配的类型或者有多个方法与之匹配，那么编译错误。

这样，编译器就获得了需要调用的方法名字和参数签名。

3) 如果方法的修饰符是private、static、final（static和final将在后续讲解），或者是构造方法，那么编译器将可以准确地知道应该调用哪个方法，我们将这种调用方式 称为静态绑定(static binding)。

与此对应的是，调用的方法依赖于对象的实际类型， 并在运行时实现动态绑。例如调用 func("hello")，编泽器将采用动态绑定的方式生成一条调用 func(String) 的指令。

4)当程序运行，并且釆用动态绑定调用方法时，JVM一定会调用与 obj 所引用对象的实际类型最合适的那个类的方法。我们已经假设 obj 的实际类型是 Cat，它是 Animal 的子类，如果 Cat 中定义了 func(String)，就调用它，否则将在 Animal 类及其父类中寻找。

每次调用方法都要进行搜索，时间开销相当大，因此，JVM预先为每个类创建了一个方法表(method lable)，其中列出了所有方法的名称、参数签名和所属的类。这样一来，在真正调用方法的时候，虚拟机仅查找这个表就行了。在上面的例子中，JVM 搜索 Cat 类的方法表，以便寻找与调用 func("hello") 相匹配的方法。这个方法既有可能是 Cat.func(String)，也有可能是 Animal.func(String)。注意，如果调用super.func("hello")，编译器将对父类的方法表迸行搜索。

假设 Animal 类包含cry()、getName()、getAge() 三个方法，那么它的方法表如下：
cry() -> Animal.cry()
getName() -> Animal.getName()
getAge() -> Animal.getAge()

实际上，Animal 也有默认的父类 Object（后续会讲解），会继承 Object 的方法，所以上面列举的方法并不完整。

假设 Cat 类覆盖了 Animal 类中的 cry() 方法，并且新增了一个方法 climbTree()，那么它的参数列表为：
cry() -> Cat.cry()
getName() -> Animal.getName()
getAge() -> Animal.getAge()
climbTree() -> Cat.climbTree()

在运行的时候，调用 obj.cry() 方法的过程如下：

• JVM 首先访问 obj 的实际类型的方法表，可能是 Animal 类的方法表，也可能是 Cat 类及其子类的方法表。
• JVM 在方法表中搜索与 cry() 匹配的方法，找到后，就知道它属于哪个类了。
• JVM 调用该方法。