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面向对象——多态详解

前面我们对面向对象的三大特征：封装、继承、多态进行了简单的梳理，今天我们对多态进行一个更深入的学习。

什么是多态？

多态（Polymorphism）属于面向对象的三大特征之一，它的前提是封装形成独立体，独立体之间存在继承关系，从而形成多态机制。多态是同一个行为具有多个不同表现形式的能力。多态就是“同一个行为”发生在“不同对象上”会产生不同的效果。

多种形态，多种状态，编译和运行有两个不同的状态

编译期叫做静态绑定
运行期叫做动态绑定

方法重载与方法覆盖（重写）的区别

方法重载发生在同一个一个类中

方法覆盖是发生在具有继承关系的父子类之间

方法重载是在一个类中，方法名相同，参数列表不同

方法覆盖是具有继承关系的父子类，并且重写之后的方法必须和之前的方法一致：方法名一致、参数列表一致、返回值类型一致。

多态的基础语法

向上转型和向下转型

在Java中允许两种这样的语法出现，一种是向上转型（Upcasting）,一种是向下转型（Downcasting），向上转型是指子类型转换为父类型，可理解为自动类型转换，向下转型是指父类型转换为子类型，又可以理解为强制类型转换。调用子类特有方法时必须进行向下转型。

注意：无论是向上转型还是向下转型，两种类型之间必须是继承关系，没有继承关系编译器会报错！！！

示例程序：

package com.shouyerenst.OOP;

public class Animal {
    public void move(){
        System.out.println("动物在移动！！！");
    }
}
class Cat extends Animal{
     //对move方法重写
    public void move(){
            System.out.println("猫在走猫步！！！");
        }
     //Cat类特有的方法
     public void catchMouse(){
         System.out.println("猫正在抓老鼠！！！");
     }
}
class Bird extends Animal{
    //对move方法重写
    public void move(){
        System.out.println("鸟儿在飞翔！！！");
    }
    public void sing(){//Bird特有的方法
        System.out.println("鸟儿在歌唱！！！");
    }
}

测试程序：

package com.shouyerenst.OOP;

public class AnimalTest {
    public static void main(String[] args) {
        Animal a1 = new Animal();
        a1.move();
        
        Cat c1 = new Cat();
        c1.move();
        
        Bird b1 = new Bird();
        b1.move();
        System.out.println("--------------------------");
        //父类型引用允许指向子类型引用
        //向上转型
        Animal a2 = new Cat();
        a2.move();
        Animal a3 = new Bird();
        a3.move();
        //向下类型转换
        //这里编译器认为a4是一个Animal类型，如果要使用Cat（Animal的子类）中特有的方法，就必须向下转型了
        Animal a4 = new Cat();
        Cat x = (Cat) a4;
        x.catchMouse();
        
        /*
        下面代码在编译的时候是没有任何问题的，但是运行时会出现java.lang.ClassCastException(类型转换异常)
        Animal a5 = new Bird();
        Cat y = (Cat) a5;
        y.catchMouse();
        */
    }
}

AnimalTest中注释代码错误分析：

编译阶段：（静态绑定）

编译器认为a5是一个Animal类型，而Animal和Cat具有继承关系，所以可以向下转型为Cat对象，调用Cat类独有方法，可以编译通过

运行阶段：（动态绑定）

在堆内存中创建对象的时候实际上创建的是Bird类型对象，而Bird类与Cat类并不具有继承关系，所以无法完成向下转型，也无法调用Cat类的独有方法。这里出现的异常叫做java.lang.ClassCastException(类型转换异常)，这是一个同空指针异常同样重要的异常类型，我们需要注意。

如何避免ClassCastException

instanceof运算符

有时候需要在运行时判断一个对象是否属于某个引用类型，这时可以使用instanceof运算符，instanceof运算符语法格式如下：

obj instanceof type

其中obj是一个对象，type是引用类型，如果obj对象是type引用类型实例则返回true，否则false。

测试程序中的注释代码就可以改成如下格式：

 Animal a5 = new Bird();
        if(a5 instanceof Cat){
            Cat y = (Cat) a5;
            y.catchMouse();
        } else if (a5 instanceof Bird) {
            Bird y = (Bird) a5;
            y.sing();
        }

任何时间，任何地点，在进行向下转型（强制类型转换）的时候我们需要使用instanceof运算符进行判断，避免出现类型转换异常，这是Java中规范要求的。

多态在开发中的作用

多态在开发中的作用是降低程序的耦合度，提高程序的扩展力。

举个栗子！！！

public class Master{
    public void feed(Dog d){}
    public void feed(Cat c){}
}

//以上代码中表示：Master和Dog以及Cat的关系很紧密（耦合度搞），导致其扩展力很差。

public class Master{
    public void feed(Pet pet){}
}
//以上代码表示：Master和Dog以及Cat的关系就脱离了，Master关注的是Pet类，降低了Master和Dog以及Cat类的耦合性，提高了软件的扩展性。