Java中的多态（一万字详解）

我就是我 2024-04-26 10:44 125阅读 0赞

#### 目录 ####

*  一、多态
 *   *  1. 多态的具体体现
     *   *  1.1 方法的多态
         *  1.2 ==对象的多态（核心、重难点）==
     *  2. 多态的注意事项和细节
     *   *  2.1 多态的向上转型
         *  2.2 多态的向下转型
         *  2.3 多态中属性的调用
         *  2.4 instanceof 比较操作符
     *  3. ==Java 的动态绑定机制(非常非常重要！)==
     *  4. 多态的应用
     *   *  4.1 多态数组
         *  4.2 多态参数

## 一、多态 ##

**多态：一个事物的多种形态；一个对象具有多种形态。多态是面向对象的第三大特征，多态是建立在封装和继承基础之上的。**

### 1. 多态的具体体现 ###

#### 1.1 方法的多态 ####

*  **方法重写和方法重载体现了方法的多态。**
 *  **代码举例：**

public class PloyMethod {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //方法重载体现多态
            A a = new A();
            //这里我们传入不同的实参，就会调用不同sum 方法，就体现多态
            System.out.println(a.sum(10, 20));
            System.out.println(a.sum(10, 20, 30));
    
            //方法重写体现多态
            B b = new B();
            a.say();
            b.say();
        }
    }
    
    //父类
    class B {
         
        public void say() {
        
            System.out.println("B say() 方法被调用...");
        }
    }
    
    //子类
    class A extends B {
        
    	// 两个sum 方法构成方法重载
        public int sum(int n1, int n2){
        // 和下面sum 构成重载
            return n1 + n2;
        }
        public int sum(int n1, int n2, int n3){
        
            return n1 + n2 + n3;
        }
        
    	// 重写了父类中的say 方法
        public void say() {
        
            System.out.println("A say() 方法被调用...");
        }
    }

#### 1.2 对象的多态（核心、重难点） ####

*  **重要概念：（要背）**  
    ![在这里插入图片描述][f5cd5ba68f114413839be6695daf67e8.png]
 *  **说明：一个对象在创建时，有两种类型，一种是编译类型，另一种是运行类型；语法如下：**
    
     *  编译类型 对象名 = new 运行类型（）;
 *  **举例说明：**  
    ![在这里插入图片描述][cd23dcee5a454962af3f1cfa4a2e5b82.png]
 *  **注意：若编译类型为父类，则对象名又称为 父类的引用，下面会使用后者以区分普通的创建创建对象。**
 *  **代码说明：**

//体验对象多态特点
    public class PolyObject {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            
            //animal 编译类型为 Animal , 运行类型为 Dog
            Animal animal = new Dog();
            //因为运行时, 执行到下一行代码时，animal 的运行类型是 Dog,
            //所以调用的cry 方法就是Dog 的cry
            animal.cry(); //小狗汪汪叫
    
            //animal 编译类型为 Animal,运行类型为 Cat
            animal = new Cat();
            animal.cry(); //小猫喵喵叫
        }
    }
    
    class Animal {
        
        public void cry() {
        
            System.out.println("Animal cry() 动物在叫....");
        }
    }
    
    class Dog extends Animal {
        
        public void cry() {
        
            System.out.println("Dog cry() 小狗汪汪叫...");
        }
    }
    
    class Cat extends Animal {
        
        public void cry() {
        
            System.out.println("Cat cry() 小猫喵喵叫...");
        }
    }

### 2. 多态的注意事项和细节 ###

*  **实现多态的前提是：两个对象(类)存在继承关系。**

#### 2.1 多态的向上转型 ####

*  **基本概念：**  
    ![在这里插入图片描述][8921b1cc07fb4ad69740cf9b1d4917d3.png]
 *  **解释：以 Animal a = new Cat（）; 为例**

> 1.  **首先由于Animal、Cat 类拥有父子类的继承关系，在方法区中分别加载了两者的类信息；**
> 2.  **其次，在堆内存中，仅开辟了一个 Cat类的对象空间，并没有开辟Animal 类的对象空间；**
> 3.  **接着，在对象空间中进行初始化属性，父子类的属性都会初始化；**
> 4.  **然后，将初始化完毕的对象空间地址返回给父类的引用；**

*  **注意：**

> 1.  **实质上父类的引用是指向了子类对象，由于继承关系，所以父类的引用可以调用父类中的所有成员（调用时需遵守访问权限）；**
> 2.  **由于编译类型不是子类本身，所以父类的引用不能调用子类中的特有成员（换句话说，父类没有而子类有的成员，不能调用；父类有而子类没有的成员，可以调用）；**
> 3.  **由于继承关系，在调用父子类中同名的方法时，根据运行类型来决定调用顺序（换句话说，运行类型是子类类型，所以优先调用子类的同名方法，任何情况都成立）。**

#### 2.2 多态的向下转型 ####

*  **基本概念：**  
    ![在这里插入图片描述][0206850aa3c440aa9d703313bf06d60e.png]
 *  **向上转型后有个不足之处，那就是父类的引用不能访问子类中特有的成员，怎么解决？即使用向下转型。**
 *  **解释：以 Animal a = new Cat（）; 为例**

> 1.  **向下转型语法：Cat cat = (Cat) a ;**
> 2.  **父类的引用必须指向的是当前目标类型的对象，意思是说，在定义时父类的引用是指向Cat 类对象的，那么向下转型时父类的引用也只能转成Cat 类对象，而不能转成其他类的对象；**
> 3.  **向下转型后，cat 可以调用其指向的对象空间的所有成员（注意访问权限），相当于 Cat cat = new Cat（）;**

*  **代码解释：**

public class PolyDetail {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            //向上转型: 父类的引用指向了子类的对象
            //语法：父类类型引用名 = new 子类类型();
            Animal animal = new Cat();
            Object obj = new Cat();//可以吗? 可以,因为 Object 也是 Cat的父类
    
            //向上转型调用方法的规则如下:
            //(1)可以调用父类中的所有成员(需遵守访问权限)
            //(2)但是不能调用子类的特有的成员
            //(#)因为在编译阶段，能调用哪些成员,是由编译类型来决定的
            animal.catchMouse(); // 错误，子类特有的方法，不能调用
            
            //(4)最终运行效果看子类(运行类型)的具体实现, 
            //   即调用方法时，按照从子类(运行类型)开始查找方法，然后调用
            animal.eat();//猫吃鱼..调用了子类的eat方法;
            animal.run();//跑
            animal.show();//hello,你好
            animal.sleep();//睡
    
    		//若想要调用Cat的 catchMouse方法
            //多态的向下转型
            //(1)语法：子类类型 引用名 =（子类类型）父类引用;
            Cat cat = (Cat) animal;
            cat.catchMouse();//猫抓老鼠，向下转型后可以输出
            
            //(2)要求父类的引用必须指向的是当前目标类型的对象
            Dog dog = (Dog) animal; //可以吗？不可以
        }
    }
    
    // 动物类
    class Animal {
        
        String name = "动物";
        int age = 10;
        public void sleep(){
        
            System.out.println("睡");
        }
        public void run(){
        
            System.out.println("跑");
        }
        public void eat(){
        
            System.out.println("吃");
        }
        public void show(){
        
            System.out.println("hello,你好");
        }
    }
    // 猫类继承动物类
    class Cat extends Animal {
        
        public void eat(){
        //方法重写
            System.out.println("猫吃鱼");
        }
        public void catchMouse(){
        //Cat特有方法
            System.out.println("猫抓老鼠");
        }
    }
    // 狗类继承动物类
    class Dog extends Animal {
        
    	//Dog是Animal的子类
    }

#### 2.3 多态中属性的调用 ####

> 1.  **属性和方法不同，没有重写之说，因此调用属性由编译类型决定。**
> 2.  **与继承的属性调用比较：继承中的编译类型和运行类型都是子类类型，所以直接调用属性时，是从子类开始查找的。**

*  **代码解释：**

public class PolyDetail02 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //调用属性看编译类型
            Base base = new Sub();// 向上转型
            System.out.println(base.count);// 看编译类型 10
            Sub sub = new Sub();
            System.out.println(sub.count);// 20
        }
    }
    
    class Base {
         //父类
        int count = 10;//属性
    }
    class Sub extends Base {
        //子类
        int count = 20;//属性
    }

#### 2.4 instanceof 比较操作符 ####

*  **instanceof 比较操作符：用于判断对象的运行类型是否为 XX 类型或 XX 类型的子类型，返回类型为布尔值。**
 *  **代码解释：**

public class PolyDetail03 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            BB bb = new BB();
            System.out.println(bb instanceof  BB);// true
            System.out.println(bb instanceof  AA);// true
    
            //aa 编译类型 AA, 运行类型是BB
            //BB是AA子类
            AA aa = new BB();
            System.out.println(aa instanceof AA);// true
            System.out.println(aa instanceof BB);// true
    
            Object obj = new Object();
            System.out.println(obj instanceof AA);//false
            String str = "hello";
            //System.out.println(str instanceof AA);// 不能比较
            System.out.println(str instanceof Object);//true
        }
    }
    
    class AA {
        } //父类
    class BB extends AA {
        }//子类

### 3. Java 的动态绑定机制(非常非常重要！) ###

>  *  **当调用对象方法的时候，该方法会和对象的内存地址/运行类型绑定；**
>  *  **当调用对象属性时，没有动态绑定机制，处在哪个类中，便调用该类的属性；**

*  **举例说明：**  
    ![在这里插入图片描述][a295a63441d34429b1deb7816aba5d53.png]

>  *  **思考：将上图的B 类中的sum 方法和sum1 方法注释掉后，main 方法中的输出语句结果是什么？**

*  **代码说明：**

public class DynamicBinding {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //a 的编译类型 A, 运行类型 B
            A a = new B();//向上转型
            System.out.println(a.sum());//  -> 30
            System.out.println(a.sum1());// -> 20
        }
    }
    
    class A {
        //父类
        public int i = 10;
        //动态绑定机制:
    
        public int sum() {
        //父类sum()
            return getI() + 10; // 20 + 10
        }
    
        public int sum1() {
        //父类sum1()
            return i + 10; // 10 + 10
        }
    
        public int getI() {
         // 父类getI
            return i;
        }
    }
    
    class B extends A {
        //子类
        public int i = 20;
    
    //    public int sum() {
        
    //        return i + 20;
    //    }
    
        public int getI() {
        //子类getI()
            return i;
        }
    
    //    public int sum1() {
        
    //        return i + 10;
    //    }
    }

*  **解释：**

> 1.  **a.sum 语句：** 子类B 中没有该方法，则调用父类A 的sum 方法，在sum 方法中又调用了getI 方法，根据动态绑定机制，调用对象方法时，该方法会和对象的运行类型绑定，因此，此时调用的是子类B 中的getI方法；在子类B 中的gatI 方法中，调用了属性 i，调用对象属性时，处在哪个类中，便调用该类的属性，因此此时调用的是子类B 中的属性 i；所以最后a.sum 返回的结果是 30。
> 2.  **a.sum1 语句：** 子类B 中没有该方法，则调用父类A 的sum1 方法，在子类A 中的sum1 方法中，调用了属性 i，调用对象属性时，处在哪个类中，便调用该类的属性，因此此时调用的是子类A 中的属性 i；所以最后a.sum1 返回的结果是 20。

*  **注意！对于对象属性的调用，是没有动态绑定机制的；对象属性的直接调用是由编译类型决定。但是在上例中，是在对象方法中调用了属性，因此调用时处在哪个类中，便调用该类的该属性。**（这是我个人的理解）

### 4. 多态的应用 ###

#### 4.1 多态数组 ####

*  **多态数组：数组的定义类型为父类类型，里面保存的实际元素类型为子类类型。**

>  *  **应用实例:现有一个继承结构如下：要求创建 1 个 Person 对象、2 个 Student 对象和 2 个 Teacher 对象, 统一放在数组 中，并调用每个对象 say 方法。还需调用子类特有的方法，比如 Teacher 有一个 teach , Student 有一个 study 怎么调用？**

*  **代码实现：**

public class PloyArray {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //应用实例:现有一个继承结构如下：要求创建1个Person对象、
            // 2个Student 对象和2个Teacher对象, 统一放在数组中，并调用每个对象say方法
    
            Person[] persons = new Person[5];
            persons[0] = new Person("jack", 20);
            persons[1] = new Student("mary", 18, 100);
            persons[2] = new Student("smith", 19, 30.1);
            persons[3] = new Teacher("scott", 30, 20000);
            persons[4] = new Teacher("king", 50, 25000);
    
            //循环遍历多态数组，调用say
            for (int i = 0; i < persons.length; i++) {
        
                //老师提示: person[i] 编译类型是 Person ,运行类型是是根据实际情况有JVM来判断
                System.out.println(persons[i].say());//动态绑定机制
                // 使用 类型判断 + 向下转型.
                if(persons[i]  instanceof  Student) {
        //判断person[i] 的运行类型是不是Student
                    Student student = (Student)persons[i];//向下转型
                    student.study();
                  //也可以使用一条语句 ((Student)persons[i]).study();
                } else if(persons[i] instanceof  Teacher) {
        
                    Teacher teacher = (Teacher)persons[i];
                    teacher.teach();
                } else if(persons[i] instanceof  Person){
        
                    //System.out.println("你的类型有误, 请自己检查...");
                } else {
        
                    System.out.println("你的类型有误, 请自己检查...");
                }
            }
        }
    }

public class Person {
        //父类
        private String name;
        private int age;
    
        public Person(String name, int age) {
        
            this.name = name;
            this.age = age;
        }
    
        public String getName() {
        
            return name;
        }
    
        public void setName(String name) {
        
            this.name = name;
        }
    
        public int getAge() {
        
            return age;
        }
    
        public void setAge(int age) {
        
            this.age = age;
        }
    
        public String say() {
        //返回名字和年龄
            return name + "\t" + age;
        }
    }

public class Teacher extends Person {
        
        private double salary;
    
        public Teacher(String name, int age, double salary) {
        
            super(name, age);
            this.salary = salary;
        }
    
        public double getSalary() {
        
            return salary;
        }
    
        public void setSalary(double salary) {
        
            this.salary = salary;
        }
        //写重写父类的say方法
        @Override
        public String say() {
        
            return "老师 " + super.say() + " salary=" + salary;
        }
        //特有方法
        public void teach() {
        
            System.out.println("老师 " + getName() + " 正在讲java课程...");
        }
    }

public class Student extends Person {
        
        private double score;
    
        public Student(String name, int age, double score) {
        
            super(name, age);
            this.score = score;
        }
    
        public double getScore() {
        
            return score;
        }
    
        public void setScore(double score) {
        
            this.score = score;
        }
        //重写父类say
        @Override
        public String say() {
        
            return "学生 " + super.say() + " score=" + score;
        }
        
        //特有的方法
        public void study() {
        
            System.out.println("学生 " + getName() + " 正在学java...");
        }
    }

#### 4.2 多态参数 ####

*  **多态参数：方法定义的形参类型为父类类型，传入的实参类型允许为子类类型。**

>  *  **应用实例：**  
>     ![在这里插入图片描述][def9c824ef64406da310419e3484d3ed.png]

*  **代码实现：**

public class PloyParameter {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Worker tom = new Worker("tom", 2500);
            Manager milan = new Manager("milan", 5000, 200000);
            PloyParameter ployParameter = new PloyParameter();
            ployParameter.showEmpAnnual(tom);
            ployParameter.showEmpAnnual(milan);
    
            ployParameter.testWork(tom, milan);
            
    
        }
    
        //showEmpAnnual(Employee e)
        //实现获取任何员工对象的年工资,并在main方法中调用该方法 [e.getAnnual()]
        public void showEmpAnnual(Employee e) {
        
            System.out.println(e.getAnnual());//动态绑定机制.
        }
        //添加一个方法，testWork,如果是普通员工，则调用work方法，如果是经理，则调用manage方法，使用了可变参数
        public void testWork(Employee... e) {
        
            for (int i = 0; i < e.length; i++) {
        
                if (e[i] instanceof Worker) {
        
                    ((Worker) e[i]).work();
                } else if (e[i] instanceof Manager) {
        
                    ((Manager)e[i]).manage();
                }
            }
        }
    }

public class Employee {
        
        private String name;
        private double salary;
    
        public Employee(String name, double salary) {
        
            this.name = name;
            this.salary = salary;
        }
        //得到年工资的方法
        public double getAnnual() {
        
            return 12 * salary;
        }
    
        public String getName() {
        
            return name;
        }
        public void setName(String name) {
        
            this.name = name;
        }
        public double getSalary() {
        
            return salary;
        }
        public void setSalary(double salary) {
        
            this.salary = salary;
        }
    }

public class Manager extends Employee{
        
    
        private double bonus;
    
        public Manager(String name, double salary, double bonus) {
        
            super(name, salary);
            this.bonus = bonus;
        }
    
        public double getBonus() {
        
            return bonus;
        }
        public void setBonus(double bonus) {
        
            this.bonus = bonus;
        }
        
        public void manage() {
        
            System.out.println("经理 " + getName() + " is managing");
        }
        
        //重写获取年薪方法
        @Override
        public double getAnnual() {
        
            return super.getAnnual() + bonus;
        }
    }

public class Worker extends Employee {
        
    
        public Worker(String name, double salary) {
        
            super(name, salary);
        }
        public void work() {
        
            System.out.println("普通员工 " + getName() + " is working");
        }
    
        @Override
        public double getAnnual() {
        
        	//因为普通员工没有其它收入，则直接调用父类方法 
            return super.getAnnual();
        }
    }

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