java中向上转型(upcast)和向下转型(downcast)

先看下面的程序：

class Useful

{
 int value = 20;
public void f() {System.out.println("f() in the Useful class");}
public void g() {System.out.println("g() in the Useful class");}
}

class MoreUseful extends Useful {
 int value = 21;
public void f() {System.out.println("f() in the MoreUseful class");}
public void g() {System.out.println("g() in the MoreUseful class");}
public void u() {System.out.println("u() in the MoreUseful class");}
public void v() {}
public void w() {}
}

class MoreUseful2 extends Useful {
 int value = 21;
public void f() {System.out.println("f() in the MoreUseful2 class");}
public void g() {System.out.println("g() in the MoreUseful2 class");}
public void u() {System.out.println("u() in the MoreUseful2 class");}
public void v() {}
public void w() {}
}

class ExtendsMoreUseful2 extends MoreUseful2 {
 int value = 22;
public void f() {System.out.println("f() in the ExtendsMoreUseful2 class");}
public void g() {System.out.println("g() in the ExtendsMoreUseful2 class");}
public void u() {System.out.println("u() in the ExtendsMoreUseful2 class");}
public void v() {}
public void w() {}
}

public class RTTI {
public static void main(String[] args) {
 
 //Useful useful = new MoreUseful();
 //useful.u();   //这是错误的，u()方法没有在useful类型中调用。

         Useful[] x =
         {
          new Useful(),
          new MoreUseful(),
          new MoreUseful2(),
          new ExtendsMoreUseful2()
          }; //声明一个变量数组，保存每个Useful对象的引用，
             //那么每一个Useful对象就会自动向上转型为Useful。

for(int i=0;i<x.length;i++)
{
 if(x[i] instanceof MoreUseful2)  //判断instanceof左边的对象是否是右边的类的实例。
 {
  MoreUseful2 moreuseful2 = (MoreUseful2)x[i];//向下转型（具体解释见下面的分析）
  moreuseful2.u();
 }

 x[i].g(); //这是动态绑定，将方法的调用和方法主体关联起来就是动态绑定。
 
}

运行结果：

g() in the Useful class        // 由于x[0].g()这一句中调用g()方法实际的对象类型是

                                            // 基类Useful类型，故将调用基类中的f()方法。（没有转型）
                              

g() in the MoreUseful class      // 由于x[1].g()这一句中调用g()方法实际的对象类型是

                                                   //子类Moreuseful类型,故将调用子类Moreuseful中

                                                  //  覆盖父 类的g()方法。（向上转型）
                                   

u() in the MoreUseful2 class        // 由于x[2]是MoreUseful2类型，故可以对其向下转型调

                                                        // 用MoreUseful2中的扩展方法u()。（向下转型）

g() in the MoreUseful2 class        // 又x[2].g()这一句中调用g()方法实际的对象类型是子

                                                       // 类Moreuseful类型,故将调用子类Moreuseful中
                                                      //  覆盖父类的g()方法。（向上转型）

u() in the ExtendsMoreUseful2 class    // 由于x[3]是ExtendMoreUseful2类型，

                                   // 它是MoreUseful2的子类，存在is-a关系，故可以对其向下转

                         //  型,将调ExtendMoreUseful2中的扩展的方法u()。（向下转型）

g() in the ExtendsMoreUseful2 class     // 又x[3].g()这一句中调用g()方法实际的对象类型

                                                                   //是子类ExtendMoreuseful类型故将调用
                                    // 子类ExtendMoreuseful中覆盖父类的g()方法。（向上转型）

分析和结论：

（一）向上转型

（1）定义: 把对某个对象的引用视为对其基类引用的做法被称为“向上转型”。
    
这主要是由于子类的对象可以看成是基类的对象这原因而得来的，也就是具有is-a关系。

比如：
     Useful useful = new MoreUseful();//右边是一个子类的对象，而左边是一个父类类型
                                      //的变量，指向右边的子类对象。

（2）基类可以接收发给导出类的任何消息，因为二者有完全相同的接口，我们只需要

从导出类向上转型，永远不需要知道正在处理的对象的确切类型，这也就是多态性决

定的。利用多态性，具有同样方法名和方法特征的方法根据调用方法的对象的类型，

可以产生不同的动作，这极大地增加了程序员的表达能力。

     回头再看一看上面这个例子中的一段for循环代码，

for(int i=0;i<x.length;i++)
{
 if(x[i] instanceof MoreUseful2)   //判断instanceof左边的对象是否是右边的类的实例。
 {
  MoreUseful2 moreuseful2 = (MoreUseful2)x[i];  //向下转型（具体解释见下面的分析）
  moreuseful2.u();
 }

 x[i].g(); //动态绑定
 
}
    
主要看x[i].g();这一句话，现在我们还不知道x[i]这个到底是指代哪一个Useful对象，

在这种情况下，编译器是怎么知道调用哪个方法的呢？这是一个动态绑定的问题，见

下面。

（二）动态绑定

（1）定义：将方法的调用和方法主体关联起来就是动态绑定。

比如：x[i].g()；这就是一个动态绑定，x[i]是一个对象类型，g()是一个不知道是属于

哪个对象的方法，将这两个两个联合在一起，就是一个绑定。

（2）要注意：Java中除了static和final方法（private方法属于final方法，因为fianl方法

不可以覆盖，static方法是一个全局方法，属于所有类共享，不在多态范围内）之外，

其他所有的方法都是动态绑定，这就意味着在通常情况下，我们不必判定是否应该进

行动态绑定，因为这个会自动发生。

（3）接着上面的答复。编译器是怎么知道调用哪个方法的呢？

主要还是x[i].g()；这一句话的作用，x[i]在调用方法的时候，会调用“实际”的方法，这

个实际的方法由所引用的对象的类型决定。那么调用的实际方法可能是父类中没有被

子类覆盖的方法，也可能是子类中覆盖父类的方法，主要看调用这个方法的实际的对

象类型是哪一个。

（三）向下转型

既然有向上转型，那么有没有向下转型呢？

答：有

（1）概述

继承可以确保所有的子类类具有基类的接口，且绝对不会少。那么子类除了有父类的

方法，也可以有自己的额外的新方法（这些方法是基类所没有的），那么一旦向上转

型，就不能调用子类中的新方法，那么能不能用一种方式调用这些新方法呢？当然有

了，这时候就需要向下转型。

（2）向下转型

将超类的引用强制转换为子类类型就叫做向下转型。

注意：将超类的引用赋给为子类类型的变量（没有进行显示地强制转换）是一个编译

错误。

例子：

还是上面的for循环代码

for(int i=0;i<x.length;i++)
{
 if(x[i] instanceof MoreUseful2) //     判断instanceof左边的对象是否是右边的类的实例。
 {
  MoreUseful2 moreuseful2 = (MoreUseful2)x[i]; //  向下转型
  moreuseful2.u();
 }

 x[i].g();
 
}

分析：x[i]可以代表具体的Useful对象类型，当它是MoreUseful2或ExtendsMoreUseful2

对象类型时，就可以调用该对象的额外方法u(),v(),w()，也就是当对象x[i]和Moreusful对

象存在is-a关系时，才可以进行向下转型，如果要转换的对象类型与指定的对象类型不

存在is-a关系时，会产生一个ClassCastException异常。

总之：

向下转型时，对象只能强制转换为其本身类型或者其超类类型。比如，

当x[i]ExtendsMoreUseful2对象时，可以把他转换为其本身ExtendsMoreUseful2对象类

型，也可以把它转换为其基类MoreUseful2类型。但是在编译时候还不知道这个x[i]是代

表那个具体对象类型只知道这个x[i]是基类类型引用，所以要用这样的形式" （想要要得

到的类型）x[i] " 进行转换。x[i]在这里是就我这个例子来说明的，你也可以使用其它的

英文代替，其意义是一切符合规定的需要被转换的对象。

 

下面还有个关于向上转型和向下转型的例子， 

 

abstract class ClassAbstract1{}
class ClassDerived1 extends ClassAbstract1
{
 public void play1()
 {
  System.out.println("play1() is in the ClassDerived1");
 }
}
abstract class ClassAbstract2{public abstract void play2();}
class ClassDerived2 extends ClassAbstract2
{
 public void play2()
 {
  System.out.println("play2() is in the ClassDerived2");
 }
}

public class E14_UnCast {
 
 public static void playDemo1(ClassAbstract1 ObjectParameter)
 {
  ((ClassDerived1)ObjectParameter).play1();//向下转型，可以调用导出类中的扩展方法
 }
 
 public static void playDemo2(ClassAbstract2 ObjectParameter)
 {
  ObjectParameter.play2();//向上转型，可以调用导出类中的覆盖方法
 }

 /**
  * @param args
  */
 public static void main(String[] args) {
  // TODO Auto-generated method stub
  ClassAbstract1 classabstract = new ClassDerived1();
  playDemo1(classabstract);
  ClassAbstract2 classabstract2 = new ClassDerived2();
  playDemo2(classabstract2);

 }

}

运行结果：
play1() is in the ClassDerived1
play2() is in the ClassDerived2