java面向对象进阶篇--《多态》

@VON

发布于 2025-12-17 11:49:19

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一、前言

继续我们面向对象篇的学习，今天学习的是继承，这部分特别容易迷，多态是重点也是难点部分。概念了解一下即可，关键的会使用它。如果想要快速了解多态的用法，就直接看第五章。第五章是一个综合案例的全套源代码。

如果看着有些困难，不妨去看一下博主的另一篇文章。

java继承

http://t.csdnimg.cn/2ZyyD

二、认识多态

多态（Polymorphism）是面向对象编程中一个重要的概念，它允许在不同类的对象上执行相同的操作，但具体执行的操作可能会有所不同。在Java中，多态性通过方法重写（Override）和方法重载（Overload）实现。

方法重写（Override）：

方法重写指子类重新定义或实现其父类的方法，方法名、参数列表和返回类型必须与父类方法完全一致。
当子类对象通过父类引用调用被重写的方法时，实际执行的是子类的方法，而不是父类的方法。
这种机制允许不同的子类对象表现出各自的行为，而不需要修改调用这些方法的代码。

方法重载（Overload）：

方法重载指在同一个类中，可以定义多个方法名相同但参数列表不同（参数类型、个数或顺序）的方法。
编译器根据方法调用时传入的参数类型来决定具体调用哪个方法。
方法重载并不是多态的实现方式，但它提供了一种静态的多态，即在编译阶段就确定了调用的方法。

示例：

Person类（父类）

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person() {
    }

    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 void show(){
        System.out.println(name+","+age);
    }
}

Administrator（子类）

public class Administrator extends Person{
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("管理员的信息为："+getName()+getAge());
    }
}

Student（子类）

public class Student extends Person{
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("学生的信息为："+getName()+getAge());
    }
}

Teacher（子类）

public class Teacher extends Person{
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("老师的信息为："+getName()+getAge());
    }
}

Text（测试类）

public class Text {
    public static void main(String[] args) {
        Student s=new Student();
        s.setName("王同学");
        s.setAge(18);

        Teacher t=new Teacher();
        t.setName("王老师");
        t.setAge(30);

        Administrator a=new Administrator();
        a.setName("王管理员");
        a.setAge(40);

        register(s);
        register(t);
        register(a);
    }
    public static void register(Person p){
        p.show();
    }
}

运行结果

示例解释

类的定义：

Text 类是程序的入口，其中包含了 main 方法。
Student, Teacher, Administrator 类都是 Person 类的子类，它们分别表示学生、老师和管理员，都继承自 Person 类。

对象的创建和初始化：

Student s = new Student(); 创建了一个 Student 类型的对象 s，并设置了其姓名和年龄。
Teacher t = new Teacher(); 创建了一个 Teacher 类型的对象 t，并设置了其姓名和年龄。
Administrator a = new Administrator(); 创建了一个 Administrator 类型的对象 a，并设置了其姓名和年龄。

方法调用：

register(s);, register(t);, register(a); 分别调用了 register 方法，并传入不同类型的对象作为参数。
register 方法的参数类型为 Person，因此可以接受 Student, Teacher, Administrator 类型的对象，这展示了多态的应用。
在 register 方法内部，调用了 Person 类的 show 方法。由于子类 Student, Teacher, Administrator 都重写了 Person 类的 show 方法，因此实际上调用的是各自子类的 show 方法。

多态的体现：

多态使得在 register 方法中可以使用 Person 类型的参数，而实际传入的可以是其任何子类的对象。在运行时，根据实际对象的类型确定调用哪个子类的方法，这样可以根据需要处理不同类型的对象，而无需改变方法的定义。

三、多态中调用成员的特点

在Java中，多态性主要通过方法的动态绑定（也称为运行时多态）来实现。这种特性使得在运行时根据对象的实际类型来确定调用的方法，而不是在编译时确定。

动态绑定：

当通过父类引用调用子类对象的方法时，实际执行的是子类重写（覆盖）的方法。例如，如果父类有一个方法，子类覆盖了这个方法，那么当通过父类类型的引用调用这个方法时，实际执行的是子类的版本。

方法的重写（Override）：

子类可以通过重写父类的方法来提供特定于子类的实现。当父类的方法在子类中被重写后，通过父类引用调用该方法时，会调用到子类的方法实现。

成员变量的访问：

多态情况下，成员变量不具备多态性。即使子类覆盖了父类的成员变量，通过父类引用访问的仍然是父类的成员变量。这是因为成员变量的访问在编译时就已经确定了，而不会等到运行时才决定。

静态方法和私有方法：

静态方法和私有方法不具备多态性。静态方法是在编译时就确定的，因此不会被动态绑定，而是根据引用类型来确定调用的方法。私有方法也类似，子类中的同名私有方法不会覆盖父类的私有方法。

向上转型：

将子类实例赋给父类引用，称为向上转型。通过向上转型，可以实现对不同子类对象的统一处理，提高代码的灵活性和可扩展性。

运行时类型识别（Instanceof）：

可以使用 instanceof 运算符来判断一个对象的实际类型，这在多态中尤为有用，可以根据需要进行类型检查和转型操作。

示例：

public class text1 {
    public static void main(String[] args) {
        Fu f=new adog();
        Fu f1=new bdog();
        //调用成员变量
        System.out.println(f.name);
        System.out.println(f1.name);
        //调用方法
        f.show();
        f1.show();
    }

}
class Fu{
    String name="Fu";
    public void show()
    {
        System.out.println("Fu--show");
    }
}
class adog extends Fu{
    String name="adog";
    @Override
    public void show()
    {
        System.out.println("adog--show");
    }
}
class bdog extends Fu{
    String name="bdog";
    @Override
    public void show()
    {
        System.out.println("bdog--show");
    }
}

类的结构：

text1 类是程序的入口，包含了 main 方法。在 main 方法中，创建了两个 Fu 类型的引用，分别指向 adog 和 bdog 对象。

对象的创建：

Fu f = new adog(); 创建了一个 adog 对象，并用 Fu 类型的引用 f 指向它。这是向上转型的示例，父类引用指向子类对象。
Fu f1 = new bdog(); 创建了一个 bdog 对象，并用 Fu 类型的引用 f1 指向它。

成员变量访问：

在Java中，成员变量不具备多态性。无论引用是什么类型，成员变量的访问都是由引用的类型决定的，而不是对象的实际类型。
Fu 类中有一个 name 成员变量，初始化为 "Fu"。
adog 类和 bdog 类分别有自己的 name 成员变量，但是它们并不会覆盖父类 Fu 的 name 成员变量，而是在各自的类中定义了新的 name 变量。

方法的调用：

在多态的情况下，调用的方法由对象的实际类型决定。
f.show(); 调用的是 adog 类中重写的 show 方法，输出 "adog--show"。
f1.show(); 调用的是 bdog 类中重写的 show 方法，输出 "bdog--show"。

总结：

在成员变量访问中，引用类型决定了访问的成员变量，而方法调用则是根据对象的实际类型决定的（多态）。
成员变量在多态中表现为静态绑定，而方法在多态中表现为动态绑定（运行时绑定）。
成员变量看父类自己的，成员方法看是new的哪个对象。

四、多态的优势和弊端

优势：

灵活性和扩展性：

多态允许使用父类的引用来引用子类的对象，这样可以统一处理不同子类对象，提高了代码的灵活性和可扩展性。通过添加新的子类，而不需要修改现有的代码，可以轻松地扩展程序的功能。

简化代码：

多态可以使代码更加简洁，通过统一的接口来操作不同对象，减少了重复的代码，提高了代码的可读性和维护性。

可替换性：

可以随时替换具体的子类对象，而无需修改调用这些对象的代码。这种可替换性使得在运行时动态地改变程序的行为成为可能。

接口和抽象类的应用：

多态性使得接口和抽象类能够更好地发挥作用。通过接口和抽象类定义统一的规范，具体的子类可以按照自己的方式实现这些规范，从而提高了代码的可复用性和可维护性。

代码可读性和可理解性：

使用多态性可以使代码更加清晰和易于理解。通过使用父类类型的引用来操作对象，可以更专注于对象的行为和功能，而不必关注对象的具体类型。

弊端：

运行时性能开销：

在运行时，系统需要动态地确定对象的类型，然后调用相应的方法。这种动态绑定的过程可能会导致一些性能开销，尤其是在需要频繁调用的地方。

隐藏对象的实际类型：

多态性有时会隐藏对象的实际类型，这可能导致代码阅读和调试时的困惑。特别是当对象的具体类型在运行时才能确定时，理解代码的行为可能会更具挑战性。

可能引发运行时异常：

如果没有正确处理多态的边界条件和对象状态，可能会导致运行时异常，如空指针异常或类型转换异常。这需要在设计和实现中格外注意。

复杂性增加：

如果过度使用多态，可能会导致代码结构变得复杂，不易于理解和维护。因此，需要在设计中平衡使用多态性和明确的类型设计。

以上述代码为例，在子类中添加了一个特有的方法，因为父类中不存在，所以无法调用。

解决方法：

完整代码：

//解决方法，将f强转为adog
        if(f instanceof adog a){
            a.adogshow();
        }else if(f instanceof bdog b){
            b.bdogshow();
        }else{
            System.out.println("没有这个类型，无法转换");
        }

instanceof关键字

public void bdogshow()
    {
        System.out.println("bdog--bdogshow");
    }

为了代码的可读性，又在bdog类中添加了bdogshow方法。

注：不能转换成其他类型，容易报错。

五、多态的综合练习

写多态综合练习的时候，要将每一个类进行单独打包，Text测试类中不要有类的定义。

案例：饲养员喂动物

结果展示：

Animal类

package com.von.day11.text7;

public class Animal {
    private int age;
    private String color;

    public Animal() {
    }

    public Animal(int age, String color) {
        this.age = age;
        this.color = color;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    //共有方法
    public void eat(String something)
    {
        System.out.println("动物吃"+something);
    }
}

Cat类

package com.von.day11.text7;

public class Cat extends Animal{
    public Cat() {
    }

    public Cat(int age, String color) {
        super(age, color);
    }

    @Override
    public void eat(String something) {
        System.out.println(getAge()+"岁的"+getColor()+"颜色的猫吃"+something);
    }

    public void catchMouse() {
        System.out.println("猫抓老鼠");
    }
}

Dog类

package com.von.day11.text7;

public class Dog extends Animal{

    public Dog() {
    }

    public Dog(int age, String color) {
        super(age, color);
    }

    @Override
    public void eat(String something) {
        System.out.println(getAge()+"岁的"+getColor()+"颜色的狗抱住"+something+"猛吃");
    }

    public void lookHome(){
        System.out.println("狗看家");
    }
}

Person类

package com.von.day11.text7;

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person() {
    }

    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;
    }

    //饲养狗
    public void keepPet(Dog dog, String something)
    {
        System.out.println("年龄为" + this.age + "岁的" + this.name + "养了一只" + dog.getColor() + "颜色的" + dog.getAge() + "岁的狗");
        dog.eat(something);
    }
    //饲养猫
    public void keepPet(Cat cat, String something)
    {
        System.out.println("年龄为" + this.age + "岁的" + this.name + "养了一只" + cat.getColor() + "颜色的" + cat.getAge() + "岁的猫");
        cat.eat(something);
    }
}

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原始发表：2024-07-22，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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