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 {
@Override
public void show() {
System.out.println("管理员的信息为：" + getName() + ", " + getAge());
}
}
子类2：
public class Student extends Person{
@Override
public void show() {
System.out.println("学生的信息为：" + getName() + ", " + getAge());
}
}
子类3：
public class Teacher extends Person{
@Override
public 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】
-
有继承或者实现关系
-
方法的重写【意义体现：不重写，无意义】
-
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);
}
@Override
public 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)
@Override
public 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 Animal
public 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");
}
}