重写 多态 向上转型和向下转型 究极易理解篇

前言：在看完狂神说Java的关于重写 多态 向上转型和向下转型的视频之后，我感到了极大的困惑和难以理解，于是我去看了很多不同的视频，最终总结出一套究极容易理解和运用的模式
用心看完，你也应该会有很大的收获
PS：有些代码我使用图片的形式上传，为的是是结果更加清晰易懂，可以配合Ctrl+滚轮食用

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方法的重写(override)

重写的条件

• 当父类方法无法满足子类的业务需求
• 重写需要有继承关系，子类重写父类的方法
• 方法名必须相同，参数列表相同(否则变成重载了)，方法体不同，返回值类型相同
• 抛出的异常不能更多，可以更少
• 访问权限不能更低，可以相同或更高 public最高…
• Alt+Insert: override 快捷键重写
• private修饰的方法，表示私有的，不能被重写
• final修饰的方法，表示常量，不能被重写
• 补充：子类中不能定义一个和父类方法名相同，但返回值类型不同的方法

注意

• 重写都是方法的重写，和属性无关
• 私有方法不能继承，所以不能重写
• 构造方法不能继承，所以不能重写
• 静态方法不存在重写，(static关键字)

public class Animal {
     
    public void move(){
     
        System.out.println("动物在移动");
    }
}
---------------------------------------------------------------------------------
public class Cat extends Animal{
     
    public void move(){
     
        System.out.println("猫在走猫步");
    }
}
---------------------------------------------------------------------------------
    public class Demo {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        Animal c = new Cat();
        c.move();
    }
}

最后的结果是"猫在走猫步"

这里就是子类重写了父类的方法，单独这么看起来有点蠢，为了达到相同的效果甚至完全不用什么继承什么重写，是设想一个父类有几万行代码，几百个方法，这个时候子类继承父类，再通过重写就能满足子类的业务需求

多态

• 动态编译：使类型可扩展性更强
• 简而言之就是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力 有一杯水，不知道它是温的、冰的还是烫的，但是一摸就知道了 摸水杯这个动作，对于不同温度的水，就会得到不同的结果，这就是多态
• 即同一方法可以根据发送对象的不同而采用多种不同的行为方式
• 一个对象的实际类型是确定的，但可以指向对象的引用的类型有很多
• 多态存在的条件
  • 有继承关系
  • 子类重写父类方法
  • 父类引用指向子类对象
• 注意：多态是方法的多态，属性没有多态性

向上转型(upcasting)

• 必须要有继承关系

• 即父类的引用指向了**子类对象 **

  • Animal a = new Cat();
  • a是引用 子类对象是Cat类型
  • 猫显然是动物，等号的右边先执行，右边执行结束的结果赋值给左边的变量

• 相当于基本类型里的低到高

• 程序分为编译期和运行期

  • 当处在编译阶段时，编译器只认a是一个Animal类型 (静态绑定)
    

  • 可以看到并没有报错，编译器此时只认a是一个Animal类型，如果我们访问a.catchMouse
    

  • 结果就发生了编译错误，从图中的错误提示我们可以看到，编译器此时认准了a是一个Animal类型(静态绑定)

  • 而在运行阶段，看的是底层真实运行的对象，也就是Cat，底层是Cat，自然就会去调用Cat的方法
    

  • 这里的结果是"动物在移动"，因为子类Cat里没有move方法，而是继承了父类的方法，如果给Cat类加上move方法，构成重写
    

  • 通过重写，我们最终调用了子类里的方法

向下转型(downcasting)

• 必须有继承关系
• 如果我们想让Animal类型的a执行catMouse方法，我们可以将Animal类型的a强制转换成Cat类型
  • 即父类转换为子类，从高到低，强制类型转换，需要加强制类型转换符
• 什么时候需要使用向下转型呢？
  • 当调用的方法是子类中所特有的，在父类当中不存在时
• 在a前面加上Cat类型，(Cat)a，由于是高转低，所以要加上括号
  

多态的深层理解

此时我们再定义一个Bird类继承Animal类，做这样的操作：

Animal a = new Bird();
Cat c = (Cat)a;

发现并没有报错，语法合格，这是因为：

• 编译器检查到a的类型时Animal
• Animal和Cat之间存在继承关系，并且Animal是父类，Cat是子类
• Animal向下转型成Cat类型

我们调用Cat里面的catchMouse方法，发现编译器也没有报错

但是当我们运行程序时，出现了报错

出现异常：ClassCastException，显示Bird cannot be cast

更加验证了：

• JVM堆内存当中真实存在的是Bird类型，Bird类型无法转换成Cat对象，因为两种类型之间不存在任何继承关系

这种异常总是在向下转型时发生，也就是说向下转型存在隐患(编译过了，但是运行失败了)

向上转型只要编译通过，运行就不会出问题

为了避免出现以上异常，我们使用Java提供了instanceof运算符

instanceof运算符

• 语法格式：引用 instanceof 数据类型名
• 返回值为布尔值
• a instanceof Animal
  • true表示：
    • a这个引用指向的对象是一个Animal类型
  • false表示：
    • a这个引用指向的对象不是一个Animal类型

上面的Cat c = (Cat)a；语句，只有当a引用指向的对象确实是一个Cat的时候才成立

因此在执行Cat c = (Cat)a；语句之前，我们应该先用instanceof判断

if(a instanceof Cat){
     
    Cat c = (Cat)a;
}

鸟类中有特有的方法，我们就可以这么写

if(a instanceof Cat){
     
    Cat c = (Cat)a;
    c.catchMouse();
}else if(a3 instance of Bird){
     
    Bird b = (Bird)a;
    b.fly();
}

• 在进行强制类型转换之前，建议采用instanceof运算符进行判断，避免ClassCastException异常的发生，这是一种编程的好习惯

多态的作用

• 降低程序的耦合度，提高程序的扩展力

以人喂养宠物为例

• 当不使用多态语法的时候

  • 首先根据面向对象思想，我们把主人和小猫都看成是对象

  • 其次我们在测试类里面new出主人和小猫对象

  • 在主人类里面写出喂养的方法

  • 在小猫类里面写出吃鱼的方法

  • 最后在测试类里面调用

  • public class Master {
             
        public void feed(Cat c){
             
            c.eat();
        }
    }
    --------------------------------------------------------------------------
        
    public class Cat extends Animal {
             
        public void eat(){
             
            System.out.println("小猫在吃鱼");
        }
    }
    --------------------------------------------------------------------------
    
    public class Demo {
             
        public static void main(String[] args) {
             
            Master ycy = new Master();
            Cat tom = new Cat();
            ycy.feed(tom);
        }
    }
    --------------------------------------------------------------------------
        //输出的结果是 小猫在吃鱼
    

  • 如果主人又养了小狗，(客户或者需求的变化，意味着软件需要升级)

  • 我们需要在主人类里面再加上小狗吃骨头的方法

  • 在测试类里把小狗new出来,创建小狗对象

  • public class Dog {
             
        public void eat(){
             
            System.out.println("小狗吃骨头");
        }
    }
    --------------------------------------------------------------------------
    public class Master {
             
        public void feed(Cat c){
             
            c.eat();
        }
        public void feed(Dog d){
             
            d.eat();
        }
    }
    --------------------------------------------------------------------------
     public class Demo {
             
        public static void main(String[] args) {
             
            Master ycy = new Master();
            Cat tom = new Cat();
            ycy.feed(tom);
            Dog Wangcai = new Dog();
            ycy.feed(Wangcai);
        }
    }
    --------------------------------------------------------------------------
    

  • 不使用多态机制，我们发现主人类的扩展性太差，每次增加一个宠物，都要在主人类新写一个方法，在真正的实战项目中，可能一下子增加的就是几百个

• 使用多态语法，降低程序的耦合度，提高程序的扩展力

  • 首先我们再增加一个Pet类，作为小猫和小狗的父类，在里面写一个eat方法，方法体什么都不用写，我们通过override来实现子类的方法

  • public class Pet {
             
        public void eat(){
             
        }
    }
    --------------------------------------------------------------------------
    public class Master {
             
        public void feed(Pet x){
             
            x.eat();
        }
    }
    --------------------------------------------------------------------------
    

  • 现在主人类不需要面向小猫或者小狗，只需要面向Pet类就可以了

  • 测试类有两种写法

  • public class Pet {
             
        public void eat(){
             
        }
    }
    --------------------------------------------------------------------------
    public class Master {
             
        public void feed(Pet x){
             
            x.eat();
        }
    }
    --------------------------------------------------------------------------
    public class Demo {
               //写法一
        public static void main(String[] args) {
             
            Master ycy = new Master();
            ycy.feed(new Cat());
        }
    }
    --------------------------------------------------------------------------
    public class Demo {
               //写法二
        public static void main(String[] args) {
             
            Master ycy = new Master();
            Cat c = new Cat();
            ycy.feed(c);
        }
    } 
    --------------------------------------------------------------------------
    

  • 最后结果都是"小猫在吃鱼"

对于使用了多态的写法，如果主人又要喂养什么新的宠物，那么在主人类就不需要再去编写方法了，著人类面向的是一个抽象的Pet耦合度非常低

• 核心：面向抽象编程，尽量不要面向具体编程