【Java SE】多态

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1. 多态

面向对象三大特性：封装、继承、多态
今天我们一起来看看多态这一特性~~~

1.1 多态是什么

在生活中，如果遇到特别伤心的事情或者心情很沮丧，可能就会哭泣，但在不同人身上，哭泣的形式不一样，比如"臣妾做不到"，小女孩哇哇大哭，还有大耳朵图图抱着妈妈的腿哭泣等等。总之，同一件事情，发生在不同对象上，表现的形式是不一样的~
【多态】通俗来说，多种形态，即去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同的状态

1.2 多态的意义

【多态的意义】
在于提高代码的复用性和扩展性，同时实现接口统一，并十分灵活，可以根据不同的输入参数或条件，调用不同的子类方法实现不同的功能，易于维护和修改（本期内容结尾将重点提到）

1.3 多态的实现条件

在Java中实现多态的条件如下(缺一不可)：
(1) 必须在继承下
(2) 子类必须要对父类中方法进行重写
(3) 通过父类的引用调用重写的方法(向上转型)
多态体现的方面：当传递不同类对象时，会调用对应类中的方法
【代码】

public class Animal {String name;String gender;int age;public Animal(String name,String gender, int age) {this.name = name;this.gender = gender;this.age = age;}public void eat() {System.out.println(name+"吃饭");}
}

public class Cat extends Animal{public Cat(String name,String gender,int age) {super(name, gender, age);}@Overridepublic void eat() {System.out.println(name+"吃🐟");}
}

public class Dog extends Animal{public Dog(String name,String gender,int age) {super(name, gender, age);}@Overridepublic void eat() {System.out.println(name+"吃骨头");}
}

public class Bird extends Animal{public Bird(String name,String gender,int age) {super(name, gender, age);}@Overridepublic void eat() {System.out.println(name+"啄米");}
}

public class Test {public static void eat(Animal a) {a.eat();}public static void main(String[] args) {Cat cat = new Cat("柚子","雌",2);Dog dog = new Dog("球球","雄",1);Bird bird = new Bird("泡芙","雌",2);eat(cat);eat(dog);eat(bird);}
}

【运行结果】

【解释说明】
在上述代码中，Animal、Cat、Dog和Bird类是类的实现者写的，Test类是类的调用者写的
当类的调用者在编写 eat 这个方法的时，传进来的参数类型为 Animal父类，在该方法内部并不知道当前的a 引用指向的是哪个类型，哪个子类的实例，即a这个引用调用 eat方法可能会有多种不同的表现(a引用的实例相关，比如猫类实例调用、狗类实例调用等，eat表现的形式不同)，这种行为称为多态
【图示】

【@Override】
@Override是jdk的注解，用于指示一个方法是重写了父类中的方法
这个注解只在编译时有效，不会保留在生成的字节码文件中
使用 @Override 注解的优点：
1）提高代码的可读性和安全性
2）在编译时检查可能的错误
但它不是必需要写的，只要正确地重写了父类中的方法，不使用 @Override 注解，代码仍能够正常运行
（即使用或不使用取决于编码风格和习惯）

2. 重写

2.1 重写的概念

【重写】也称为覆盖，重写是子类对父类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，重写的好处是子类可以根据需要，定义特定于自己的行为，即子类能够根据需要实现父类的方法

2.2 重写的规则

【重写规则】
1）子类在重写父类的方法时，一般必须与父类的返回值类型 ，方法名 (参数列表) 完全一致
2）被重写的方法返回值类型可以不同，但必须具有父子类关系
3）访问权限不能比父类中被重写的方法的访问权限更低(如父类方法被public修饰，则子类中重写该方法不能声明为 private)
4）父类被static、private、final修饰的方法、构造方法都不能被重写
5）重写的方法可使用 @Override 注解来显式指定，能进行一些合法性校验，检查可能会出现的错误(如不小心将方法名字写错， 此时编译器就会发现父类中没有该方法，则编译报错，提示无法构成重写）

2.3 重写与重载的区别

2.4 重写的设计

【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，最好是重新定义一个新的类，重复利用其中共性的内容，并添加或者改动新的内容
举一个栗子吧~
例如之前的电视机，只能看正在播放的频道，而当今时代，科技越来越发达，技术在进步，现在的电视不仅可以看正在播放的频道，还可以回看，直播等等，而我们不应该直接在原来的类修改，因为原来的类可能仍有用户正在使用，而正确的解决方式为，新建一个新型电视机的类，对可以看的内容这个方法进行重写，增添更多的功能，即达到需求

【静态绑定】即在编译时，根据用户所传递实参类型就确定具体调用哪个方法，代表：函数重载
【动态绑定】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哪个类的方法(发生多态的基础)

3. 向上转型和向下转型

3.1 向上转型

【向上转型】实际上是创建一个子类对象，当父类对象使用
【语法格式】父类类型 对象名 = new 子类类型();
【语法举例】

Animal animal = new Bird(“泡芙”,“雌”,2);

animal是父类Animal类型，即小的范围变成大的范围(是可以的)，比如猫、狗和鸟等都是动物，将子类对象转化为父类引用是合理、安全的，大的范围包含小的范围

【使用场景】
1）直接赋值 2）方法传参 3）方法返回 【具体使用代码举例如下】：

public class Test1 {public static void main(String[] args) {Cat cat = new Cat("柚子","雌",2);Dog dog = new Dog("球球","雄",1);//1.直接复制 子类对象赋值给父类对象Animal bird = new Bird("泡芙","雌",2);eat(cat);eat(dog);eat(bird);}//2.方法传参 形参的类型为Animal父类,可接受任意子类对象,即animal1的类型可以是猫、狗、鸟等子类public static void eat(Animal animal1) {animal1.eat();}//3.方法返回 返回任意子类对象public static Animal guessAnimal(String name) {if("球球".equals(name)) {return new Dog("球球","雄",1);}return null;}
}

【优点】
让代码实现更简单灵活
【缺点】
不能调用到子类特有的方法，只能调用父类的方法

3.2 向下转型

【向下转型】子类对象向上转型后当父类对象方法使用，再无法调用子类的方法，如需调用子类特有的方法，将父类引用再还原为子类对象即可，即向下转型，在Java中，向下转型是从一个更通用的类型向一个更具体的类型转换的过程

【语法格式】子类对象名 = (子类类型) 对象名
【语法举例】

bird = (Bird)animal;

【使用场景】
将它们转回具体的类型以利用它们的具体实现的情况

public class Animal {String name;String gender;int age;public Animal(String name,String gender, int age) {this.name = name;this.gender = gender;this.age = age;}public void eat() {System.out.println(name+"吃饭");}
}

public class Cat extends Animal{public Cat(String name,String gender,int age) {super(name, gender, age);}@Overridepublic void eat() {System.out.println(name+"吃🐟");}public void meow() {System.out.println("猫在叫~");}
}

public class Dog extends Animal{public Dog(String name,String gender,int age) {super(name, gender, age);}@Overridepublic void eat() {System.out.println(name+"吃骨头");}public void bark() {System.out.println("狗在叫~");}
}

public class Bird extends Animal{public Bird(String name,String gender,int age) {super(name, gender, age);}@Overridepublic void eat() {System.out.println(name+"啄米");}public void chirp() {System.out.println("小鸟叫~");}}

public class Test2 {public static void main(String[] args) {Cat cat = new Cat("柚子","雌",2);Dog dog = new Dog("球球","雄",1);Bird bird = new Bird("泡芙","雌",2);//向上转型Animal animal = cat;animal.eat();animal = dog;animal.eat();animal = bird;animal.eat();//向下转型//程序可以通过编程但是会抛出异常,animal实际指向的是鸟,但现在强制还原为猫,无法还原//cat = (Cat)animal;//cat.meow();//animal指向的是鸟,将animal还原为鸟是安全的bird = (Bird)animal;bird.chirp();//instanceof 判断它左边的对象是否是它右边的类的实例,返回boolean的数据类型,是返回true否则返回false;if(animal instanceof Cat) {cat = (Cat)animal;cat.meow();}if(animal instanceof Dog) {dog = (Dog)animal;dog.bark();}//animal指向的是鸟,左边的对象animal是右边鸟类的实例,为true,执行if内容语句if(animal instanceof Bird) {bird = (Bird) animal;bird.chirp();}}
}

【运行结果】

【解释说明】

【优点】
可访问更具体类型的特定方法和属性，明确正在处理的具体类型
【缺点】
不安全，万一转换失败，运行时会抛异常，Java中为了提高向下转型的安全性，引入instanceof关键字 ，如该表达式为true，则可以安全转换，较为麻烦

3.3 instanceof关键字

【概念】instanceof是Java中的保留关键字
【作用】测试它的左边对象是否是它的右边类的实例，返回类型：boolean类型
【用法】res = 对象名 instanceof 类名;
【举例】以上述代码举例

4. 多态的优缺点

4.1 多态的优点

1）能够避免使用大量的 if - else
如果需要打印多个形状，不基于多态写，则会有好几个if语句

public class Shape {public void draw() {System.out.println("画图形~");}
}

public class Rectangle extends Shape{@Overridepublic void draw() {System.out.println("◇");}
}

public class Cycle extends Shape{@Overridepublic void draw() {System.out.println("○");}
}

public class Fish extends Shape{@Overridepublic void draw() {System.out.println("🐟");}
}

public class Test3 {public static void drawShapes() {Rectangle rectangle = new Rectangle();Cycle cycle = new Cycle();Fish fish = new Fish();String[] shapes = {"cycle","rectangle","fish"};for(String x : shapes) {if(x.equals("cycle")) {cycle.draw();}else if(x.equals("rectangle")) {rectangle.draw();}else if(x.equals("fish")) {fish.draw();}}}public static void main(String[] args) {drawShapes();}
}

基于多态编写代码，创建一个Shape对象的数组，则简洁明了~

public class Test3 {public static void drawShapes1() {Shape[] shapes = {new Cycle(),new Rectangle(),new Fish()};for(Shape x: shapes) {x.draw();}}public static void main(String[] args) {drawShapes1();}
}

两者打印结果一致，所以可以避免大量的if-else语句

2）可扩展能力更强
如果要新增加一种新的形状，使用多态方式编写的代码改动成本较低，体现可扩展性强，比如我们要增加三角形这个形状类型

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

【解释说明】基于多态代码，对类的使用者来说，drawShapes方法只需创建一个新类的实例，改动成本较低，对于不基于多态的代码, 则需把drawShapes方法中的 if - else 进行修改，改动成本更高

4.2 多态的缺点

代码的运行效率降低
1）属性没有多态性，当父类和子类都有同名属性时，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
A为父类，在A类构造方法中调用func()方法，B为子类，B类中重写func()方法
【代码举例】

public class A {public A() {func();}public void func() {System.out.println("A.func()");}
}

public class B extends A{private String str = "~";@Overridepublic void func() {System.out.println("B.func()"+" "+str);}
}

public class Test4 {public static void main(String[] args) {B b = new B();}
}

【运行结果】

【解释说明】
构造B对象的同时，会调用A的构造方法
A的构造方法中调用func()方法，此时会触发动态绑定，即在编译时不能确定方法的行为，等程序运行时，确定是具体调用B类中的 func()方法，此时B对象自身还没有构造, str是未初始化的状态，为null，如果具备多态性，str的值应该是~，即构造方法没有多态性
【结论】在构造函数内，尽量避免使用实例方法，除final和private方法
即尽量不要在构造器中调用方法，如果这个方法被子类重写，就会触发动态绑定，但此时子类对象还没构造完成，可能会出现一些隐藏但很难发现的问题，带来不必要的麻烦
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✨✨✨本期内容到此结束啦~下期再见！