Java多态之动态绑定

Java多态之动态绑定

上篇回顾：多态是面向对象程序设计非常重要的特性，它让程序拥有 更好的可读性和可扩展性。

• 发生在继承关系中。
• 需要子类重写父类的方法。
• 父类类型的引用指向子类类型的对象。
  自始至终，多态都是对于方法而言，对于类中的成员变量，没有多态的说法。
  上篇说到：一个基类的引用变量接收不同子类的对象将会调用子类对应的方法，这其实就是动态绑定的过程。在理解动态绑定之前，先补充一些概念。

引用变量的类型

引用类型的变量具有两种类型：编译时类型和运行时类型。（也分别叫做声明类型和实际类型）举个简单的例子：

//假设Student类是Person类的子类
Person p = new Student();

编译时类型

• 也叫声明类型，即由声明变量时的类型所决定。
• 上式的Person即为引用变量p的编译时类型。

运行时类型

• 也叫实际类型，即由指向对象的实际类型所决定。
• 上式的Student即为引用变量p的运行时类型。

方法绑定

将方法调用同方法主体关联起来被称为绑定。

静态绑定

在程序执行前进行绑定，叫做静态绑定，也称作前期绑定。在面向过程的语言中是默认的绑定方式。

在Java中，用private、static和final修饰的方法（static和final之后会做出总结）或构造器能够准确地让编译器调用哪个方法，就是静态绑定（static binding）。

动态绑定

在运行时根据对象的运行时类型进行绑定，叫做动态绑定，也叫做后期绑定。当然在Java中，除了静态绑定的那些方法，其他方法的调用方式就是动态绑定啦。

public class DynamicBinding {
    //Object是所有类的超类，根据向上转型，该方法可以接受任何类型的对象
    public static void test(Object x) {
        System.out.println(x.toString());
    }

    public static void main(String[] args) {
        test(new PrimaryStudent());//Student
        test(new Student());//Student
        test(new Person());//Person
        test(new Object());//java.lang.Object@1b6d3586
    }
}

class Person extends Object {
    @Override
    public String toString() {
        return "Person";
    }
    public void run(){}
    public void count(int a){}
}

class Student extends Person {
    @Override
    public String toString() {
        return "Student";
    }
    public void jump(){}
}

class PrimaryStudent extends Student {
}

• 四句调用方法的语句中的形参，编译时类型都是Object。注意：引用变量只能调用编译时类型所具有的方法。
• 它们运行时类型各不相同，所以解释运行器在运行时，会调用它们各自类型中重写的方法。
• 相同的类型的引用变量，在调用同一个方法时，表现出不同的行为特征，这就是多态最直观的体现吧。

方法表

我们还可以发现，test(new PrimaryStudent());的运行结果是Student,，结果很明显，因为PrimaryStudent类中并没有重写父类的方法，如果采用动态绑定的方式调用方法，虚拟机会首先在本类中寻找适合的方法，如果没有，会一直向父类寻找，直到找到为止。

那么，每次调用时都要向上寻找，时间开销必然会很大。为此虚拟机预先为每个类都创建了方法表，其中列出了所有的方法签名（返回值类型不算）和实际调用的方法，这样子的话，在调用方法时直接查表就可以了。（值得一提的是，如果用super限定调用父类方法，那么将直接在实际类型的父类的表中查找）

• 下面是Person类的方法表：

Person：
    //下面省略Object方法签名
    //xxx()-> Object.xxx()
    //方法签名->实际调用的方法
    toString()->Person.toString()
    run()->Person.run()
    count(int)->Person(int)

• 下面是Student类的方法表：

Student:
    //下面省略Object方法签名
    //xxx()-> Object.xxx()
    //方法签名->实际调用的方法
    toString()->Student.toString()
    jump()->Student.jump()
    run()->Person.run()
    count(int)->Person(int)

• 下面是PrimaryStudent类的方法表(PrimaryStudent类为空，直接继承Student类）：

PrimaryStudentt:
    //下面省略Object方法签名
    //xxx()-> Object.xxx()
    //方法签名->实际调用的方法
    toString()->Student.toString()
    jump()->Student.jump()
    run()->Person.run()
    count(int)->Person(int)

• 因此，在执行test(new PrimaryStudent());语句时，虚拟机将会提取PrimaryStudent的方法表。
• 虚拟机将会在表中搜索定义toString签名的类。这时虚拟机已经知道需要调用Student类型的toString()方法。
• 最后，调用方法，完毕。

动态绑定大大提升了程序的可扩展性，比如，我现在要新增一个Teacher类，可以直接让Teacher类继承于Person类，再用Object类的引用指向Teacher对象，而不用做其他的代码调整，动态绑定自动搞定，就相当舒服。

参考书籍：《Thinking in Java》、《Java核心技术卷I》