【Java SE】java中多态的详细介绍及使用

1.多态的概念

多态的概念：通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同 的状态。

2.多态实现条件

在java中要实现多态，必须要满足如下几个条件，缺一不可：

1. 必须在继承体系下
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

多态体现：在代码运行时，当传递不同类对象时，会调用对应类中的方法。

public class Animal {
	String name;
	int age;
	public Animal(String name, int age){
	 this.name = name;
	 this.age = age;
	}
	public void eat(){
	 System.out.println(name + "吃饭");
	}
}
public class Cat extends Animal{
	public Cat(String name, int age){
	 super(name, age);
	}
	@Override
	public void eat(){
	 System.out.println(name+"吃鱼~~~");
	}
}
public class Dog extends Animal {
	public Dog(String name, int age){
	 super(name, age);
	}
	@Override
	public void eat(){
	 System.out.println(name+"吃骨头~~~");
	}
}

///分割线//

public class TestAnimal {
	// 编译器在编译代码时，并不知道要调用Dog 还是 Cat 中eat的方法
	// 等程序运行起来后，形参a引用的具体对象确定后，才知道调用那个方法
	// 注意：此处的形参类型必须时父类类型才可以
	public static void eat(Animal a){
		a.eat();
	}
	public static void main(String[] args) {
		Cat cat = new Cat("元宝",2);
		Dog dog = new Dog("小七", 1);
		eat(cat);
		eat(dog);
	}
}
运行结果：
元宝吃鱼~~~
元宝正在睡觉
小七吃骨头~~~
小七正在睡觉

在上述代码中, 分割线上方的代码是 类的实现者 编写的, 分割线下方的代码是 类的调用者 编写的

当类的调用者在编写 eat 这个方法的时候, 参数类型为 Animal (父类), 此时在该方法内部并不知道, 也不关注当前的a 引用指向的是哪个类型(哪个子类)的实例. 此时 a这个引用调用 eat方法可能会有多种不同的表现(和 a 引用的实例相关), 这种行为就称为 多态.

3.重写

重写(override)：也称为覆盖。重写是子类对父类非静态、非private修饰，非final修饰，非构造方法等的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！重写的好处在于子类可以根据需要，定义特定于自己的行为。 也就是说子类能够根据需要实现父类的方法。

【方法重写的规则】

• 子类在重写父类的方法时，一般必须与父类方法原型一致： 返回值类型 方法名 (参数列表) 要完全一致
• 被重写的方法返回值类型可以不同，但是必须是具有父子关系的
• 访问权限不能比父类中被重写的方法的访问权限更低。例如：如果父类方法被public修饰，则子类中重写该方法就不能声明为 protected
• 父类被static、private修饰的方法、构造方法都不能被重写。
• 重写的方法, 可以使用 @Override 注解来显式指定. 有了这个注解能帮我们进行一些合法性校验. 例如不小心将方法名字拼写错了(比如写成 aet), 那么此时编译器就会发现父类中没有 aet 方法, 就会编译报错, 提示无法构成重写

【重写和重载的区别】
即：方法重载是一个类的多态性表现,而方法重写是子类与父类的一种多态性表现

4.向上转型

向上转型：实际就是创建一个子类对象，将其当成父类对象来使用。
语法格式：父类类型 对象名 = new 子类类型()

Animal animal = new Cat(“元宝”,2);

animal是父类类型，但可以引用一个子类对象，因为是从小范围向大范围的转换。
【使用场景】

1. 直接赋值
2. 方法传参
3. 方法返回

在这里插入代码片`public class TestAnimal {
// 2. 方法传参：形参为父类型引用，可以接收任意子类的对象
public static void eatFood(Animal a){
	a.eat();
}
// 3. 作返回值：返回任意子类对象
public static Animal buyAnimal(String var){
	if("狗".equals(var) ){
	  return new Dog("狗狗",1);
	}else if("猫" .equals(var)){
	  return new Cat("猫猫", 1);
	}else{
	  return null;
	}
}
public static void main(String[] args) {
	Animal cat = new Cat("元宝",2); // 1. 直接赋值：子类对象赋值给父类对象
	Dog dog = new Dog("小七", 1);
	eatFood(cat);
	eatFood(dog);
	Animal animal = buyAnimal("狗");
	animal.eat();
	animal = buyAnimal("猫");
	animal.eat();
	}
}`

向上转型的优点：让代码实现更简单灵活。
向上转型的缺陷：不能调用到子类特有的方法。

5.向下转型

将一个子类对象经过向上转型之后当成父类方法使用，再无法调用子类的方法，但有时候可能需要调用子类特有的方法，此时：将父类引用再还原为子类对象即可，即向下转换

public class TestAnimal {
	public static void main(String[] args) {
		Cat cat = new Cat("元宝",2);
		Dog dog = new Dog("小七", 1);
		// 向上转型
		Animal animal = cat;
		animal.eat();
		animal = dog;
		animal.eat();
		// 编译失败，编译时编译器将animal当成Animal对象处理
		// 而Animal类中没有bark方法，因此编译失败
		// animal.bark();
		// 向下转型
		// 程序可以通过编程，但运行时抛出异常---因为：animal实际指向的是狗
		// 现在要强制还原为猫，无法正常还原，运行时抛出：ClassCastException
		cat = (Cat)animal;
		cat.mew();
		// animal本来指向的就是狗，因此将animal还原为狗也是安全的
		dog = (Dog)animal;
		dog.bark();
	}
}

向下转型用的比较少，而且不安全，万一转换失败，运行时就会抛异常。Java中为了提高向下转型的安全性，引入了 instanceof ，如果该表达式为true，则可以安全转换。

public class TestAnimal {
	public static void main(String[] args) {
		Cat cat = new Cat("元宝",2);
		Dog dog = new Dog("小七", 1);
		// 向上转型
		Animal animal = cat;
		animal.eat();
		animal = dog;
		animal.eat();
		if(animal instanceof Cat){
		cat = (Cat)animal;
		cat.mew();
		}
		if(animal instanceof Dog){
		dog = (Dog)animal;
		dog.bark();
		}
	}
}

6.多态的优缺点

class Shape {
//属性....
	public void draw() {
	System.out.println("画图形！");
	}
}
class Rect extends Shape{
	@Override
	public void draw() {
	System.out.println("♦");
	}
	}
	class Cycle extends Shape{
	@Override
	public void draw() {
	System.out.println("●");
	}
}
class Flower extends Shape{
	@Override
	public void draw() {
	System.out.println("❀");
	}
}

【使用多态的好处】

1. 能够降低代码的 “圈复杂度”, 避免使用大量的 if - else

2. 可扩展能力更强

多态缺陷：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的时候，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

注意（ 避免在构造方法中调用重写的方法）

一段有坑的代码. 我们创建两个类, B 是父类, D 是子类. D 中重写 func 方法. 并且在 B 的构造方法中调用 func

class B {
public B() {
// do nothing
func();
}
public void func() {
System.out.println("B.func()");
}
}
class D extends B {
private int num = 1;
@Override
public void func() {
System.out.println("D.func() " + num);
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
D d = new D();
}
}
// 执行结果
D.func() 0

• 构造 D 对象的同时, 会调用 B 的构造方法.
• B 的构造方法中调用了 func 方法, 此时会触发动态绑定, 会调用到 D 中的 func
• 此时 D 对象自身还没有构造, 此时 num 处在未初始化的状态, 值为 0. 如果具备多态性，num的值应该是1.
• 所以在构造函数内，尽量避免使用实例方法，除了final和private方法。

结论: “用尽量简单的方式使对象进入可工作状态”, 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, 但是此时子类对象还没构造完成), 可能会出现一些隐藏的但是又极难发现的问题.