Java面向对象三大特性之多态及综合练习

1.1 多态的形式

多态是继封装、继承之后，面向对象的第三大特性。

多态是出现在继承或者实现关系中的。

多态体现的格式：

父类类型 变量名 = new 子类/实现类构造器;
变量名.方法名();

多态的前提：有继承关系，子类对象是可以赋值给父类类型的变量。例如Animal是一个动物类型，而Cat是一个猫类型。Cat继承了Animal，Cat对象也是Animal类型，自然可以赋值给父类类型的变量。

1.2 多态的使用场景

如果没有多态，在下图中register方法只能传递学生对象，其他的Teacher和administrator对象是无法传递给register方法方法的，在这种情况下，只能定义三个不同的register方法分别接收学生，老师和管理员。

有了多态之后，方法的形参就可以定义为共同的父类Person。

要注意的是：

• 当一个方法的形参是一个类，我们可以传递这个类所有的子类对象。

• 当一个方法的形参是一个接口，我们可以传递这个接口所有的实现类对象（后面会学）。

• 而且多态还可以根据传递的不同对象来调用不同类中的方法。

 

 

代码示例：

父类：
public class Person {private String name;private int age;
​空参构造带全部参数的构造get和set方法
​public void show(){System.out.println(name + ", " + age);}
}
​
子类1：
public class Administrator extends Person {@Overridepublic void show() {System.out.println("管理员的信息为：" + getName() + ", " + getAge());}
}
​
子类2：
public class Student extends Person{
​@Overridepublic void show() {System.out.println("学生的信息为：" + getName() + ", " + getAge());}
}
​
子类3：
public class Teacher extends Person{
​@Overridepublic void show() {System.out.println("老师的信息为：" + getName() + ", " + getAge());}
}
​
测试类：
public class Test {public static void main(String[] args) {//创建三个对象，并调用register方法
​Student s = new Student();s.setName("张三");s.setAge(18);
​
​Teacher t = new Teacher();t.setName("王建国");t.setAge(30);
​Administrator admin = new Administrator();admin.setName("管理员");admin.setAge(35);
​
​
​register(s);register(t);register(admin);
​
​}
​
​
​//这个方法既能接收老师，又能接收学生，还能接收管理员//只能把参数写成这三个类型的父类public static void register(Person p){p.show();}
}

1.3 多态的定义和前提

多态： 是指同一行为，具有多个不同表现形式。

从上面案例可以看出，Cat和Dog都是动物，都是吃这一行为，但是出现的效果（表现形式）是不一样的。

前提【重点】

1. 有继承或者实现关系

2. 方法的重写【意义体现：不重写，无意义】

3. 父类引用指向子类对象【格式体现】

   父类类型：指子类对象继承的父类类型，或者实现的父接口类型。

1.4 多态的运行特点

调用成员变量时：编译看左边，运行看左边

调用成员方法时：编译看左边，运行看右边

代码示例：

Fu f = new Zi()；
//编译看左边的父类中有没有name这个属性，没有就报错
//在实际运行的时候，把父类name属性的值打印出来
System.out.println(f.name);
//编译看左边的父类中有没有show这个方法，没有就报错
//在实际运行的时候，运行的是子类中的show方法
f.show();

1.5 多态的弊端

我们已经知道多态编译阶段是看左边父类类型的，如果子类有些独有的功能，此时多态的写法就无法访问子类独有功能了。

class Animal{public  void eat()｛System.out.println("动物吃东西！")｝
}
class Cat extends Animal {  public void eat() {  System.out.println("吃鱼");  }  public void catchMouse() {  System.out.println("抓老鼠");  }  
}  
​
class Dog extends Animal {  public void eat() {  System.out.println("吃骨头");  }  
}
​
class Test{public static void main(String[] args){Animal a = new Cat();a.eat();a.catchMouse();//编译报错，编译看左边，Animal没有这个方法}
}

1.6 引用类型转换

1.6.1 为什么要转型

多态的写法就无法访问子类独有功能了。

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。也就是说，不能调用子类拥有，而父类没有的方法。编译都错误，更别说运行了。这也是多态给我们带来的一点"小麻烦"。所以，想要调用子类特有的方法，必须做向下转型。

回顾基本数据类型转换

• 自动转换: 范围小的赋值给范围大的.自动完成:double d = 5;

• 强制转换: 范围大的赋值给范围小的,强制转换:int i = (int)3.14

多态的转型分为向上转型（自动转换）与向下转型（强制转换）两种。

1.6.2 向上转型（自动转换）

• 向上转型：多态本身是子类类型向父类类型向上转换（自动转换）的过程，这个过程是默认的。 当父类引用指向一个子类对象时，便是向上转型。 使用格式：

父类类型  变量名 = new 子类类型();
如：Animal a = new Cat();

原因是：父类类型相对与子类来说是大范围的类型，Animal是动物类，是父类类型。Cat是猫类，是子类类型。Animal类型的范围当然很大，包含一切动物。所以子类范围小可以直接自动转型给父类类型的变量。

1.6.3 向下转型（强制转换）

• 向下转型：父类类型向子类类型向下转换的过程，这个过程是强制的。 一个已经向上转型的子类对象，将父类引用转为子类引用，可以使用强制类型转换的格式，便是向下转型。

使用格式：

子类类型 变量名 = (子类类型) 父类变量名;
如:Aniaml a = new Cat();Cat c =(Cat) a;  

1.6.4 案例演示

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。也就是说，不能调用子类拥有，而父类没有的方法。编译都错误，更别说运行了。这也是多态给我们带来的一点"小麻烦"。所以，想要调用子类特有的方法，必须做向下转型。

转型演示，代码如下：

定义类：abstract class Animal {  abstract void eat();  
}  
​
class Cat extends Animal {  public void eat() {  System.out.println("吃鱼");  }  public void catchMouse() {  System.out.println("抓老鼠");  }  
}  
​
class Dog extends Animal {  public void eat() {  System.out.println("吃骨头");  }  public void watchHouse() {  System.out.println("看家");  }  
}
定义测试类：public class Test {public static void main(String[] args) {// 向上转型  Animal a = new Cat();  a.eat();                // 调用的是 Cat 的 eat
​// 向下转型  Cat c = (Cat)a;       c.catchMouse();         // 调用的是 Cat 的 catchMouse}  
}

1.6.5 转型的异常

转型的过程中，一不小心就会遇到这样的问题，请看如下代码：

public class Test {public static void main(String[] args) {// 向上转型  Animal a = new Cat();  a.eat();               // 调用的是 Cat 的 eat
​// 向下转型  Dog d = (Dog)a;       d.watchHouse();        // 调用的是 Dog 的 watchHouse 【运行报错】}  
}

这段代码可以通过编译，但是运行时，却报出了 ClassCastException ，类型转换异常！这是因为，明明创建了Cat类型对象，运行时，当然不能转换成Dog对象的。

1.6.6 instanceof关键字

为了避免ClassCastException的发生，Java提供了 instanceof 关键字，给引用变量做类型的校验，格式如下：

变量名 instanceof 数据类型 
如果变量属于该数据类型或者其子类类型，返回true。
如果变量不属于该数据类型或者其子类类型，返回false。

所以，转换前，我们最好先做一个判断，代码如下：

public class Test {public static void main(String[] args) {// 向上转型  Animal a = new Cat();  a.eat();               // 调用的是 Cat 的 eat
​// 向下转型  if (a instanceof Cat){Cat c = (Cat)a;       c.catchMouse();        // 调用的是 Cat 的 catchMouse} else if (a instanceof Dog){Dog d = (Dog)a;       d.watchHouse();       // 调用的是 Dog 的 watchHouse}}  
}

1.6.7 instanceof新特性

JDK14的时候提出了新特性，把判断和强转合并成了一行

//新特性
//先判断a是否为Dog类型，如果是，则强转成Dog类型，转换之后变量名为d
//如果不是，则不强转，结果直接是false
if(a instanceof Dog d){d.lookHome();
}else if(a instanceof Cat c){c.catchMouse();
}else{System.out.println("没有这个类型，无法转换");
}

1.7 综合练习

需求：根据需求完成代码:1.定义狗类属性：年龄，颜色行为:eat(String something)(something表示吃的东西)看家lookHome方法(无参数)
2.定义猫类属性：年龄，颜色行为:eat(String something)方法(something表示吃的东西)逮老鼠catchMouse方法(无参数)
3.定义Person类//饲养员属性：姓名，年龄行为：keepPet(Dog dog,String something)方法功能：喂养宠物狗，something表示喂养的东西行为：keepPet(Cat cat,String something)方法功能：喂养宠物猫，something表示喂养的东西生成空参有参构造，set和get方法  
4.定义测试类(完成以下打印效果):keepPet(Dog dog,String somethind)方法打印内容如下：年龄为30岁的老王养了一只黑颜色的2岁的狗2岁的黑颜色的狗两只前腿死死的抱住骨头猛吃keepPet(Cat cat,String somethind)方法打印内容如下：年龄为25岁的老李养了一只灰颜色的3岁的猫3岁的灰颜色的猫眯着眼睛侧着头吃鱼
5.思考：       1.Dog和Cat都是Animal的子类，以上案例中针对不同的动物，定义了不同的keepPet方法，过于繁琐，能否简化，并体会简化后的好处？2.Dog和Cat虽然都是Animal的子类，但是都有其特有方法，能否想办法在keepPet中调用特有方法？

画图分析：

代码示例：

//动物类（父类）
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;}
​public void eat(String something){System.out.println("动物在吃" + something);}
}
​
//猫类（子类）
public class Cat extends Animal {
​public Cat() {}
​public Cat(int age, String color) {super(age, color);}
​@Overridepublic void eat(String something) {System.out.println(getAge() + "岁的" + getColor() + "颜色的猫眯着眼睛侧着头吃" + something);}
​public void catchMouse(){System.out.println("猫抓老鼠");}
​
}
​
//狗类（子类）
public class Dog extends Animal {public Dog() {}
​public Dog(int age, String color) {super(age, color);}
​//行为//eat(String something)(something表示吃的东西)//看家lookHome方法(无参数)@Overridepublic void eat(String something) {System.out.println(getAge() + "岁的" + getColor() + "颜色的狗两只前腿死死的抱住" + something + "猛吃");}
​public void lookHome(){System.out.println("狗在看家");}
}
​
​
//饲养员类
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;}
​//饲养狗/* public void keepPet(Dog dog, String something) {System.out.println("年龄为" + age + "岁的" + 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" + age + "岁的" + name + "养了一只" + cat.getColor() + "颜色的" + cat.getAge() + "岁的猫");cat.eat(something);}*/
​
​//想要一个方法，能接收所有的动物，包括猫，包括狗//方法的形参：可以写这些类的父类 Animalpublic void keepPet(Animal a, String something) {if(a instanceof Dog d){System.out.println("年龄为" + age + "岁的" + name + "养了一只" + a.getColor() + "颜色的" + a.getAge() + "岁的狗");d.eat(something);}else if(a instanceof Cat c){System.out.println("年龄为" + age + "岁的" + name + "养了一只" + c.getColor() + "颜色的" + c.getAge() + "岁的猫");c.eat(something);}else{System.out.println("没有这种动物");}}
}
​
//测试类
public class Test {public static void main(String[] args) {//创建对象并调用方法/* Person p1 = new Person("老王",30);Dog d = new Dog(2,"黑");p1.keepPet(d,"骨头");
​
​Person p2 = new Person("老李",25);Cat c = new Cat(3,"灰");p2.keepPet(c,"鱼");*/
​
​//创建饲养员的对象Person p = new Person("老王",30);Dog d = new Dog(2,"黑");Cat c = new Cat(3,"灰");p.keepPet(d,"骨头");p.keepPet(c,"鱼");
​}
}