java多态理解

超、凢脫俗 2021-06-22 15:36 574阅读 0赞

有三个类：Animal父类，Dog子类（继承父类Animal）、Cat子类（继承父类Animal）

注：Animal可以是抽象类、接口。

**1、多态、动态调用（后期编译）：**

1）创建子类对象：

Dog dog =new Dog();

在实例化子类之前，会先实例化父类。子类中有一个隐藏的引用super会指向父类的实例。

2）向上转型：

Animal d = new Dog()；

//或者

Dog d1 = new Dog()；

Animal d = d1；//或者Animal d = （Animal）d1；

以上写法都属于子类向上转型为父类，向上转型是不需要什么限制。这也是Java中的多态的一种实现机制，也叫**父类引用指向子类对象**。

3）内存结构：

SUN目前的JVM实现机制，类实例的引用就是指向一个句柄（handle）的指针，这个句柄是一对指针：

*  一个指针指向一张表格，实际上这个表格也有两个指针（一个指针指向一个包含了对象的方法表，另外一个指向类对象，表明该对象所属的类型）； 
 *  另一个指针指向一块从java堆中为分配出来内存空间。

在上面的例子中Animal d = d1；的时候，仍然是存在两个句柄d和d1：

*  d和d1拥有同一块数据内存块；
 *  但是d和d1有不同的方法表；

4）父类引用指向子类对象规则：

记住一个很简单又很复杂的规则：一个类型引用只能引用引用类型自身含有的方法和变量，你可能说这个规则不对的，因为父类引用指向子类对象的时候，最后执行的是子类的方法的。

其实这并不矛盾，那是因为采用了后期绑定，动态运行的时候又根据型别去调用了子类的方法。而假若子类的这个方法在父类中并没有定义，则会出错。分析：

当你使用父类引用指向子类对象时，其实jvm已经使用了编译器产生的类型信息调整转换了，可以这样理解：

*  把不是父类中含有的函数，从虚拟函数表中设置为不可见的；
 *  子类中重写的那些函数，将虚拟函数表中设置为子类中完成的方法体的地址了。

总结：

父类引用指向子类对象时的调用规则：

*  该引用只能调用父类中定义的方法和变量； 
 *  如果子类中重写了父类中的一个方法，那么在调用这个方法的时候，将会调用子类中的这个方法；（动态连接、动态调用） 
 *  变量不能被重写，”重写“的概念只针对方法。

**2、向下转型：**

1）从父类向子类的转型。为什么要使用向下转换？

这就要考虑到在继承关系中，有一些方法是不适合由父类定义并由子类继承并重写的，有些方法是子类特有的，不应该通过继承得到，那么在使用多态机制的时候，若我们要通过父类型变量使用到这些方法，就需要将父类型变量转换成对应的子类型变量。

2）从父类向子类的向下转换有了限制：

*  父类变量向子类转换必须通过显式强制类型转换；
 *  前提是父类引用要先指向子类对象；

Animal a1 = new Dog()；
    Animal a2 = new Cat()；
    
    Dog d1 = (Dog)a1；//可以的
    Dog d2 = (Dog)a1；//错误

注意：

*  a1只能访问到Animal的方法、属性，对于被重写的方法会通过后期绑定调用到Dog里重写的方法实现。
 *  d1虽然是a1强制向下转换过来的，但是d1能够访问到Animal和Dog里所有的方法、属性。因为a1引用的内存地址和new Dog()是一样的，只是函数表隐藏了子类的函数地址，当向下转型后内存地址没变，函数表不再隐藏子类的函数地址了；

**3、override（重写）和overload（重载）区别**

1）override：

重写（override）是指，子类对父类的允许访问的方法的实现过程进行重新编写，返回值和形参都不能改变。

*  参数列表必须完全与被重写方法的相同。
 *  返回类型与被重写方法的返回类型可以不相同，但是必须是父类返回值的派生类（java5 及更早版本返回类型要一样，java7 及更高版本可以不同）。
 *  重写的方法能够抛出任何非强制异常，无论被重写的方法是否抛出异常。但是，重写的方法不能抛出新的强制性异常，或者比被重写方法声明的更广泛的强制性异常，反之则可以。例如： 父类方法抛出IOException，但是在重写这个方法的时候不能抛出 Exception 异常，因为 Exception 是 IOException 的父类，只能抛出 IOException 的子类异常。
 *  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：如果父类的一个方法被声明为 public，那么在子类中重写该方法就不能声明为 protected。
 *  构造方法不能被重写。
 *  声明为 final 的方法不能被重写。
 *  声明为 static 的方法不能被重写，但是能够被再次声明。
 *  子类和父类在同一个包中，那么子类可以重写父类所有方法，除了声明为 private 和 final 的方法。
 *  子类和父类不在同一个包中，那么子类只能够重写父类的声明为 public 和 protected 的非 final 方法。

2）overload：

重载(overload) 是指，在一个类里面，方法名字相同，参数不同，返回类型可以相同也可以不同。参数不同可以是：

*  参数个数不同；
 *  参数类型不同；
 *  参数顺序不同；

总结：

方法的重写(Overriding)和重载(Overloading)都是java多态性的不同表现，重写是父类与子类之间多态性的一种表现，重载是一个类的多态性表现。

**4、java继承关系中成员变量，构造方法，成员方法的关系**

1）构造方法：

*  因为子类会继承父类中的数据，所以子类初始化之前，一定要先完成父类数据的初始化。子类每一个构造方法的第一条语句默认都是：super(); 调用父类无参构造。
 *  如果父类中没有默认无参构造方法，那么子类将会出现编译异常，此时，子类必须通过super去明确调用带参构造，通过明确的调用指定的父类带参构造，为父类数据进行初始化。

注：如果一个类中没有定义构造方法时，java会默认提供一个无参的构造方法，如果定义了就不会默认提供。

2）成员变量：

2.1）子类对象的方法访问变量的查找顺序：

1.  在子类方法的局部范围找，有就使用。
2.  在子类的成员范围找，有就使用。
3.  在父类的成员范围找，有就使用。（可以继承父类的可见成员变量）
4.  找不到，就报错。

注：如果子类的成员变量名称和父类中一样，也是优先访问子类自己的。

2.3）**父类对象（包括父类引用指向子类对象）**的方法访问变量时，始终是父类中定义的变量，父类引用看不到子类的变量、方法。因为变量不能被重写，不具有后期编译的功能！！！

3）成员方法：

3.1）子类对象访问方法的查找顺序：

1.  在子类的成员范围找，有就使用。
2.  在父类的成员范围找，有就使用。（可以继承父类的可见方法）
3.  找不到，就报错。

注：如果子类的成员方法和父类中一样，也是优先访问子类自己的。

3.2）父类对象访问方法时：始终是父类中定义的方法，父类引用看不到子类的变量、方法。

3.3）父类引用指向子类对象访问方法时，采用动态绑定（后期绑定）的方式调用子类的方法。因为方法可以被重写，具有后期编译的功能！！！