Java 多態(tài)

本小節(jié)我們來學習面向?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，并帶領(lǐng)大家實現(xiàn)一個多態(tài)的案例，你將了解到多態(tài)的實現(xiàn)條件、什么是向上轉(zhuǎn)型以及什么是向下轉(zhuǎn)型，并學會使用instanceof運算符來檢查對象引用是否是類型的實例。

1. 概念和特點

多態(tài)顧名思義就是多種形態(tài)，是指對象能夠有多種形態(tài)。在面向?qū)ο笾凶畛Ｓ玫亩鄳B(tài)性發(fā)生在當父類引用指向子類對象時。在面向?qū)ο缶幊讨?，所謂多態(tài)意指相同的消息給予不同的對象會引發(fā)不同的動作。換句話說：多態(tài)意味著允許不同類的對象對同一消息做出不同的響應(yīng)。

例如，火車類和飛機類都繼承自交通工具類，這些類下都有各自的run()方法，交通工具的run()方法輸出交通工具可以運輸，而火車的run()方法輸出火車會跑，飛機的run()方法則輸出飛機會飛，火車和飛機都繼承父類的run()方法，但是對于不同的對象，擁有不同的操作。

任何可以通過多個IS-A測試的 Java 對象都被視為多態(tài)的。在 Java 中，所有 Java 對象都是多態(tài)的，因為任何對象都能夠通過IS-A測試以獲取其自身類型和 Object 類。

2. 實現(xiàn)多態(tài)

2.1 實現(xiàn)條件

在 Java 中實現(xiàn)多態(tài)有 3 個必要條件：

1. 滿足繼承關(guān)系
2. 要有重寫
3. 父類引用指向子類對象

2.1 實例

例如，有三個類Pet、Dog、Cat：
父類Pet：

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

子類Dog繼承Pet

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

在代碼中，我們看到Dog和Cat類繼承自Pet類，并且都重寫了其eat方法。

現(xiàn)在已經(jīng)滿足了實現(xiàn)多態(tài)的前兩個條件，那么如何讓父類引用指向子類對象呢？我們在main方法中編寫代碼：

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

運行結(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();這兩個語句，把Dog和Cat對象轉(zhuǎn)換為Pet對象，這種把一個子類對象轉(zhuǎn)型為父類對象的做法稱為向上轉(zhuǎn)型。父類引用指向了子類的實例。也就實現(xiàn)了多態(tài)。

2.3 向上轉(zhuǎn)型

向上轉(zhuǎn)型又稱為自動轉(zhuǎn)型、隱式轉(zhuǎn)型。向上轉(zhuǎn)型就是父類引用指向子類實例，也就是子類的對象可以賦值給父類對象。例如：

Pet dog = new Dog();

這個是因為Dog類繼承自Pet類，它擁有父類Pet的全部功能，所以如果Pet類型的變量指向了其子類Dog的實例，是不會出現(xiàn)問題的。

向上轉(zhuǎn)型實際上是把一個子類型安全地變成了更加抽象的父類型，由于所有類的根類都是Object，我們也把子類類型轉(zhuǎn)換為Object類型：

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

2.4 向下轉(zhuǎn)型

向上轉(zhuǎn)型是父類引用指向子類實例，那么如何讓子類引用指向父類實例呢？使用向下轉(zhuǎn)型就可以實現(xiàn)。向下轉(zhuǎn)型也被稱為強制類型轉(zhuǎn)換。例如：

// 為Cat類增加run方法
class Cat extends Pet { // 繼承父類
  	// 重寫父類方法 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) {    	
      	// 實例化子類
      	Pet cat = new Cat();
      	// 強制類型轉(zhuǎn)換，只有轉(zhuǎn)換為Cat對象后，才能調(diào)用其下面的run方法
      	Cat catObj = (Cat)cat;
      	catObj.run();
    }
}

運行結(jié)果：

貓貓跑步

我們?yōu)?code>Cat類新增了一個run方法，此時我們無法通過Pet類型的cat實例調(diào)用到其下面特有的run方法，需要向下轉(zhuǎn)型，通過(Cat)cat將Pet類型的對象強制轉(zhuǎn)換為Cat類型，這個時候就可以調(diào)用run方法了。

使用向下轉(zhuǎn)型的時候，要注意：不能將父類對象轉(zhuǎn)換為子類類型，也不能將兄弟類對象相互轉(zhuǎn)換。以下兩種都是錯誤的做法：

// 實例化父類
Pet pet = new Pet();
// 將父類轉(zhuǎn)換為子類
Cat cat = (Cat) pet;

// 實例化Dog類
Dog dog = new Dog();
// 兄弟類轉(zhuǎn)換
Cat catObj = (Cat) dog;

不能將父類轉(zhuǎn)換為子類，因為子類功能比父類多，多的功能無法憑空變出來。兄弟類之間不能轉(zhuǎn)換，這就更容易理解了，兄弟類之間同樣功能不盡相同，不同的功能也無法憑空變出來。

3. instanceof 運算符

instanceof運算符用來檢查對象引用是否是類型的實例，或者這個類型的子類，并返回布爾值。如果是返回true，如果不是返回false。通?？梢栽谶\行時使用 instanceof 運算符指出某個對象是否滿足一個特定類型的實例特征。其使用語法為：

<對象引用> instanceof 特定類型

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

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

4. 小結(jié)

通過本小節(jié)的學習，我們知道了多態(tài)意味著一個對象有著多重特征，可以在特定的情況下，表現(xiàn)出不同狀態(tài)，從而對應(yīng)著不同的屬性和方法。實現(xiàn)多態(tài)有 3 個必要條件，分別是要有繼承、要有重寫以及父類引用指向子類對象，通過向上轉(zhuǎn)型可以使父類引用指向子類實例；通過向下轉(zhuǎn)型可以使子類引用指向父類實例，使用instanceof運算符可以用來檢查對象引用是否是類型的實例。