《JavaSE》---15.＜面向对象系列之（多态）＞

用户11288958

发布于 2024-09-24 14:53:34

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代码可运行

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前言

本篇博客主要讲解Java基础语法中的面向对象系列之多态的概念、多态的实现条件、多态的体现、方法的重写、重写与重载的区别、静态绑定、动态绑定、。多态的用法、向上转型、向下转型。多态的优点、缺点。避免在构造方法中调用重写的方法。

大家好，本人是普通一本的在校大学生一枚，目前在学习java。之前也学了一段时间，但是没有发布博客。本人现在已经大二结束了，开学就大三了，时间过的真的很快。我会利用好这个暑假，来复习之前学过的内容，并整理好之前写过的博客进行发布。如果博客中有错误或者没有读懂的地方。热烈欢迎大家在评论区进行讨论！！！喜欢我文章的兄弟姐妹们可以点赞，收藏和评论我的文章。喜欢我的兄弟姐妹们以及也想复习一遍java知识的兄弟姐妹们可以关注我呦，我会持续更新滴，并且追求完整。望支持！！！！！！一起加油呀！！！！

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一、多态的定义

1.1多态的概念

通俗来说，就是多种形态

具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同的状态。

我们引用不同的对象，调用相同的重写方法，运行出不同的结果。

1.2多态的实现条件

1.必须在继承关系下

2.子类需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

多态的体现

在代码运行时，当传递不同类的对象时，会调用对应的类中的方法。运行出不同的结果

1.3重写

重写我们在继承等文章也说过很多次了，由于多态的实现条件中有重写，我们再谈重写。

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】

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
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
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
父类被static、private修饰的方法、构造方法都不能被重写。
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, 提示无法构成重写.

【重写的设计原则】

对于已经投入使用的类，尽量不要进行修改。最好的方式是：重新定义一个新的类，来重复利用其中共性的内容，并且添加或者改动新的内容。

1.4重写和重载的区别

即：方法重载是一个类的多态性表现,而方法重写是子类与父类的一种多态性表现。

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。

二、多态的用法

2.1代码示例：

我们定义一个

//多态是我们引用不同的对象，调用同样的重写方法，所打印出来的结果不同
//eg：
class Shape {
    public void Draw(){
    }
}
class Rect extends Shape {
    @Override
    public void Draw() {
        super.Draw();
        System.out.println("矩形");
    }
}
class Cycle extends Shape {
    @Override
    public void Draw() {
        super.Draw();
        System.out.println("圆");
    }
}
class Hua extends Shape {
    @Override
    public void Draw() {
        super.Draw();
        System.out.println("花");
    }
}

public class Main {
    public static void draw(Shape shape){
        shape.Draw();  //实现多态的函数
    }

    public static void main(String[] args) {
        Rect rect = new Rect();
        Cycle cycle = new Cycle();
        Hua hua = new Hua();
        draw(rect);
        draw(cycle);
        draw(hua);

        System.out.println("-------------");

        //------------------------
        //也可以定义一个Shape类型的数组，通过循环来实现多态
        Shape[] shapes = {rect,cycle,hua};
        for (Shape shape : shapes){
            shape.Draw();
        }
    }
}

代码分析： 首先我们要有一个父类（Shape），在这个类中定义了一个draw方法。接着我们定义子类（Rect、Cycle、Hua）①继承Shape并②重写draw方法。最后我们通过 public static void draw(Shape shape){ shape.Draw(); //实现多态的函数 } 这个方法，来实现③通过父类的引用调用重写的方法。 当类的调用者在编写 draw 这个方法的时候, 参数类型为 Shape(父类), 此时在该方法内部并不知道, 也不关注当前的 shape 引用指向的是哪个类型(哪个子类)的实例. 此时这个引用调用Draw方法可能会有多种不同的表现(和 shape 引用的实例相关), 这种行为就称为 多态.

运行结果：

矩形圆花 ------------- 矩形圆花

2.2向上转移和向下转型

2.2.1 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()

eg:

Shape shape = new Rect();
Shape shape = new Cycle();
Shape shape = new Hua();

shape是父类类型，但可以引用一个子类对象，因为是从小范围向大范围的转换。

【使用场景】

1. 直接赋值(子类对象赋值给父类对象)

    public static void main(String[] args) {
        Shape Hua = new Hua();
    }

2. 方法传参(形参为父类型引用，可以接收任意子类的对象)

public static void draw(Shape shape){
        shape.Draw();
}

3. 方法返回（作返回值：返回任意子类对象）

    public static Shape drawShape(String var){
        if("矩形".equals(var) ){
            return new Rect();
       }else if("圆" .equals(var)){
            return new Cycle();
       }else if("花" .equals(var)){
            return new Hua();
       }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。

2.2.2 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。

我们重新创建一个类，

父类是Animal。并且有sleep方法。

子类有Cat，Cat中有mew（猫叫方法）和Dog，Dog中有bark（狗叫方法）

再理解一下向下转型。

图解：

向下转型，是要先将子类向上转型。再进行向下转型。由于向上转型比如是把猫向上转型。而再向下转型的时候。我们可以转成猫、狗等多个。如果把猫向上转型，后再向下还原为猫则是安全的。如果把猫向上转型，后再向下转型为狗则是不安全的。

代码示例：

public class TestAnimal {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat("元宝",2);
        Dog dog = new Dog("小七", 1);
 
        向上转型
        Animal animal = cat;
        animal.eat();
        animal = dog;
        animal.eat();
 
        animal.bark();
        编译失败，编译时编译器将animal当成Animal对象处理
        而Animal类中没有bark方法，因此编译失败
 
        向上转型
        程序可以通过编程，但运行时抛出异常---因为：animal实际指向的是狗
        向下转型现在要强制还原为猫，无法正常还原，运行时抛出：ClassCastException
        cat = (Cat)animal;
        cat.mew();
 
        // animal本来指向的就是狗，因此将animal还原为狗也是安全的   
        dog = (Dog)animal;
        dog.bark();
   }
}

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。

instanceof 关键字

instanceof关键词官方介绍

instanceof是 Java 中的一个关键字，用于测试一个对象是否是某个类或接口的实例。它是类型检查操作符，返回一个布尔值 true 或 false。使用 instanceof 可以确保类型安全，避免在运行时进行不安全的类型转换。

代码示例：

public class TestAnimal {
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat("元宝",2);
        Dog dog = new Dog("小七", 1);
 
        // 向上转型
        Animal animal = cat;
        animal.eat();
        animal = dog;
        animal.eat();
 
        if(animal instanceof Cat){
            cat = (Cat)animal;
            cat.mew();
       }
 
        if(animal instanceof Dog){
            dog = (Dog)animal;
            dog.bark();
       }
   }
}

三、多态的优缺点

3.1多态的优点

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 .

如果我们不使用多态，想要打印多个形状。

public static void drawShapes() {
    Rect rect = new Rect();
    Cycle cycle = new Cycle();
    Flower ﬂower = new Flower();
    String[] shapes = {"cycle", "rect", "cycle", "rect", "ﬂower"};
    
    for (String shape : shapes) {
        if (shape.equals("cycle")) {
            cycle.draw();
       } else if (shape.equals("rect")) {
            rect.draw();
       } else if (shape.equals("ﬂower")) {
            ﬂower.draw();
       }
   }
}

如果使用使用多态, 则不必写这么多的 if - else 分支语句, 代码更简单

public static void drawShapes() {
    // 我们创建了一个 Shape 对象的数组. 
    Shape[] shapes = {new Cycle(), new Rect(), new Cycle(), new Rect(), new Flower()};

    for (Shape shape : shapes) {
        shape.draw();
   }
}

2. 可扩展能力更强

如果要新增一种新的形状, 使用多态的方式代码改动成本也比较低.

class Triangle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("△");
   }
}

对于类的调用者来说(drawShapes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 drawShapes 中的 if - else 进行一定的修改, 改动成本更高.

3.2多态的缺点（运行效率低）

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

注意：

避免在构造方法中调用重写的方法

下面是一段有坑的代码.

我们创建两个类, B 是父类, D 是子类. D 中重写 func 方法. 并且在 B 的构造方法中调用 func

class B {
    public B() {
        // do nothing
        func();
   }
 
    public void func() {
        System.out.println("B.func()");
   }
}
 
class D extends B {
    private int num = 1;

//继承后会先对父类进行构造，是隐形的。
//代码如下
    D(){
        super();
    }

//重写父类构造方法
    @Override
    public void func() {
        System.out.println("D.func() " + num);
   }
}
 
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        D d = new D();
   }
}
 
// 执行结果
D.func() 0