Java 多態(tài)

本小節(jié)我們來(lái)學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟮淖詈笠淮筇卣鳌鄳B(tài)。多態(tài)是面向?qū)ο笞钪匾奶匦浴Ｎ覀儗⒔榻B多態(tài)的概念和特點(diǎn)，并帶領(lǐng)大家實(shí)現(xiàn)一個(gè)多態(tài)的案例，你將了解到多態(tài)的實(shí)現(xiàn)條件、什么是向上轉(zhuǎn)型以及什么是向下轉(zhuǎn)型，并學(xué)會(huì)使用instanceof運(yùn)算符來(lái)檢查對(duì)象引用是否是類(lèi)型的實(shí)例。

1. 概念和特點(diǎn)

多態(tài)顧名思義就是多種形態(tài)，是指對(duì)象能夠有多種形態(tài)。在面向?qū)ο笾凶畛Ｓ玫亩鄳B(tài)性發(fā)生在當(dāng)父類(lèi)引用指向子類(lèi)對(duì)象時(shí)。在面向?qū)ο缶幊讨校^多態(tài)意指相同的消息給予不同的對(duì)象會(huì)引發(fā)不同的動(dòng)作。換句話(huà)說(shuō)：多態(tài)意味著允許不同類(lèi)的對(duì)象對(duì)同一消息做出不同的響應(yīng)。

例如，火車(chē)類(lèi)和飛機(jī)類(lèi)都繼承自交通工具類(lèi)，這些類(lèi)下都有各自的run()方法，交通工具的run()方法輸出交通工具可以運(yùn)輸，而火車(chē)的run()方法輸出火車(chē)會(huì)跑，飛機(jī)的run()方法則輸出飛機(jī)會(huì)飛，火車(chē)和飛機(jī)都繼承父類(lèi)的run()方法，但是對(duì)于不同的對(duì)象，擁有不同的操作。

任何可以通過(guò)多個(gè)IS-A測(cè)試的 Java 對(duì)象都被視為多態(tài)的。在 Java 中，所有 Java 對(duì)象都是多態(tài)的，因?yàn)槿魏螌?duì)象都能夠通過(guò)IS-A測(cè)試以獲取其自身類(lèi)型和 Object 類(lèi)。

2. 實(shí)現(xiàn)多態(tài)

2.1 實(shí)現(xiàn)條件

在 Java 中實(shí)現(xiàn)多態(tài)有 3 個(gè)必要條件：

1. 滿(mǎn)足繼承關(guān)系
2. 要有重寫(xiě)
3. 父類(lèi)引用指向子類(lèi)對(duì)象

2.1 實(shí)例

例如，有三個(gè)類(lèi)Pet、Dog、Cat：
父類(lèi)Pet：

class Pet {
  	// 定義方法 eat
  	public void eat() {
      	System.out.println("寵物吃東西");
    }
}

子類(lèi)Dog繼承Pet

class Dog extends Pet { // 繼承父類(lèi)
  	// 重寫(xiě)父類(lèi)方法 eat
  	public void eat() {
      	System.out.println("狗狗吃狗糧");
    }
}
子類(lèi)Cat繼承Pet
class Cat extends Pet { // 繼承父類(lèi)
  	// 重寫(xiě)父類(lèi)方法 eat
   	public void eat() {
      	System.out.println("貓貓吃貓糧");
    }
}

在代碼中，我們看到Dog和Cat類(lèi)繼承自Pet類(lèi)，并且都重寫(xiě)了其eat方法。

現(xiàn)在已經(jīng)滿(mǎn)足了實(shí)現(xiàn)多態(tài)的前兩個(gè)條件，那么如何讓父類(lèi)引用指向子類(lèi)對(duì)象呢？我們?cè)?code>main方法中編寫(xiě)代碼：

public void main(String[] args) {
  	// 分別實(shí)例化三個(gè)對(duì)象，并且保持其類(lèi)型為父類(lèi)Pet
  	Pet pet = new Pet();
  	Pet dog = new Dog();
  	Pet cat = new Cat();
  	// 調(diào)用對(duì)象下方法
  	pet.eat();
  	dog.eat();
  	cat.eat();
}

運(yùn)行結(jié)果：

寵物吃東西
狗狗吃狗糧
貓貓吃貓糧

在代碼中，Pet dog = new Dog();、Pet cat = new Cat();這兩個(gè)語(yǔ)句，把Dog和Cat對(duì)象轉(zhuǎn)換為Pet對(duì)象，這種把一個(gè)子類(lèi)對(duì)象轉(zhuǎn)型為父類(lèi)對(duì)象的做法稱(chēng)為向上轉(zhuǎn)型。父類(lèi)引用指向了子類(lèi)的實(shí)例。也就實(shí)現(xiàn)了多態(tài)。

2.3 向上轉(zhuǎn)型

向上轉(zhuǎn)型又稱(chēng)為自動(dòng)轉(zhuǎn)型、隱式轉(zhuǎn)型。向上轉(zhuǎn)型就是父類(lèi)引用指向子類(lèi)實(shí)例，也就是子類(lèi)的對(duì)象可以賦值給父類(lèi)對(duì)象。例如：

Pet dog = new Dog();

這個(gè)是因?yàn)?code>Dog類(lèi)繼承自Pet類(lèi)，它擁有父類(lèi)Pet的全部功能，所以如果Pet類(lèi)型的變量指向了其子類(lèi)Dog的實(shí)例，是不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題的。

向上轉(zhuǎn)型實(shí)際上是把一個(gè)子類(lèi)型安全地變成了更加抽象的父類(lèi)型，由于所有類(lèi)的根類(lèi)都是Object，我們也把子類(lèi)類(lèi)型轉(zhuǎn)換為Object類(lèi)型：

Cat cat = new Cat();
Object o = cat;

2.4 向下轉(zhuǎn)型

向上轉(zhuǎn)型是父類(lèi)引用指向子類(lèi)實(shí)例，那么如何讓子類(lèi)引用指向父類(lèi)實(shí)例呢？使用向下轉(zhuǎn)型就可以實(shí)現(xiàn)。向下轉(zhuǎn)型也被稱(chēng)為強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換。例如：

// 為Cat類(lèi)增加run方法
class Cat extends Pet { // 繼承父類(lèi)
  	// 重寫(xiě)父類(lèi)方法 eat
   	public void eat() {
      	System.out.println("貓貓吃貓糧");
    }
  	
  	public void run() {
      	System.out.println("貓貓跑步");
    }
  
  	public static void main(String[] args) {    	
      	// 實(shí)例化子類(lèi)
      	Pet cat = new Cat();
      	// 強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換，只有轉(zhuǎn)換為Cat對(duì)象后，才能調(diào)用其下面的run方法
      	Cat catObj = (Cat)cat;
      	catObj.run();
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

貓貓跑步

我們?yōu)?code>Cat類(lèi)新增了一個(gè)run方法，此時(shí)我們無(wú)法通過(guò)Pet類(lèi)型的cat實(shí)例調(diào)用到其下面特有的run方法，需要向下轉(zhuǎn)型，通過(guò)(Cat)cat將Pet類(lèi)型的對(duì)象強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為Cat類(lèi)型，這個(gè)時(shí)候就可以調(diào)用run方法了。

使用向下轉(zhuǎn)型的時(shí)候，要注意：不能將父類(lèi)對(duì)象轉(zhuǎn)換為子類(lèi)類(lèi)型，也不能將兄弟類(lèi)對(duì)象相互轉(zhuǎn)換。以下兩種都是錯(cuò)誤的做法：

// 實(shí)例化父類(lèi)
Pet pet = new Pet();
// 將父類(lèi)轉(zhuǎn)換為子類(lèi)
Cat cat = (Cat) pet;

// 實(shí)例化Dog類(lèi)
Dog dog = new Dog();
// 兄弟類(lèi)轉(zhuǎn)換
Cat catObj = (Cat) dog;

不能將父類(lèi)轉(zhuǎn)換為子類(lèi)，因?yàn)樽宇?lèi)功能比父類(lèi)多，多的功能無(wú)法憑空變出來(lái)。兄弟類(lèi)之間不能轉(zhuǎn)換，這就更容易理解了，兄弟類(lèi)之間同樣功能不盡相同，不同的功能也無(wú)法憑空變出來(lái)。

3. instanceof 運(yùn)算符

instanceof運(yùn)算符用來(lái)檢查對(duì)象引用是否是類(lèi)型的實(shí)例，或者這個(gè)類(lèi)型的子類(lèi)，并返回布爾值。如果是返回true，如果不是返回false。通常可以在運(yùn)行時(shí)使用 instanceof 運(yùn)算符指出某個(gè)對(duì)象是否滿(mǎn)足一個(gè)特定類(lèi)型的實(shí)例特征。其使用語(yǔ)法為：

<對(duì)象引用> instanceof 特定類(lèi)型

例如，在向下轉(zhuǎn)型之前，可以使用instanceof運(yùn)算符判斷，這樣可以提高向下轉(zhuǎn)型的安全性：

Pet pet = new Cat();
if (pet instanceof Cat) {
		// 將父類(lèi)轉(zhuǎn)換為子類(lèi)
		Cat cat = (Cat) pet;
}

4. 小結(jié)

通過(guò)本小節(jié)的學(xué)習(xí)，我們知道了多態(tài)意味著一個(gè)對(duì)象有著多重特征，可以在特定的情況下，表現(xiàn)出不同狀態(tài)，從而對(duì)應(yīng)著不同的屬性和方法。實(shí)現(xiàn)多態(tài)有 3 個(gè)必要條件，分別是要有繼承、要有重寫(xiě)以及父類(lèi)引用指向子類(lèi)對(duì)象，通過(guò)向上轉(zhuǎn)型可以使父類(lèi)引用指向子類(lèi)實(shí)例；通過(guò)向下轉(zhuǎn)型可以使子類(lèi)引用指向父類(lèi)實(shí)例，使用instanceof運(yùn)算符可以用來(lái)檢查對(duì)象引用是否是類(lèi)型的實(shí)例。