Java 多态

多态是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。

多态就是同一个接口,使用不同的实例而执行不同操作,如图所示:

Java 多态 - 图1

多态性是对象多种表现形式的体现。

现实中,比如我们按下 F1 键这个动作:

  • 如果当前在 Flash 界面下弹出的就是 AS 3 的帮助文档;
  • 如果当前在 Word 下弹出的就是 Word 帮助;
  • 在 Windows 下弹出的就是 Windows 帮助和支持。

同一个事件发生在不同的对象上会产生不同的结果。

多态的优点

    1. 消除类型之间的耦合关系
    1. 可替换性
    1. 可扩充性
    1. 接口性
    1. 灵活性
    1. 简化性

多态存在的三个必要条件

  • 继承
  • 重写
  • 父类引用指向子类对象

比如:

  1. Parent p = new Child();

当使用多态方式调用方法时,首先检查父类中是否有该方法,如果没有,则编译错误;如果有,再去调用子类的同名方法。

多态的好处:可以使程序有良好的扩展,并可以对所有类的对象进行通用处理。

以下是一个多态实例的演示,详细说明请看注释:

Test.java 文件代码:

  1. public class Test {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. show(new Cat()); // 以 Cat 对象调用 show 方法
  4. show(new Dog()); // 以 Dog 对象调用 show 方法
  5. Animal a = new Cat(); // 向上转型
  6. a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat
  7. Cat c = (Cat)a; // 向下转型
  8. c.work(); // 调用的是 Cat 的 work
  9. }
  10. public static void show(Animal a) {
  11. a.eat();
  12. // 类型判断
  13. if (a instanceof Cat) { // 猫做的事情
  14. Cat c = (Cat)a;
  15. c.work();
  16. } else if (a instanceof Dog) { // 狗做的事情
  17. Dog c = (Dog)a;
  18. c.work();
  19. }
  20. }
  21. }
  22. abstract class Animal {
  23. abstract void eat();
  24. }
  25. class Cat extends Animal {
  26. public void eat() {
  27. System.out.println("吃鱼");
  28. }
  29. public void work() {
  30. System.out.println("抓老鼠");
  31. }
  32. }
  33. class Dog extends Animal {
  34. public void eat() {
  35. System.out.println("吃骨头");
  36. }
  37. public void work() {
  38. System.out.println("看家");
  39. }
  40. }

执行以上程序,输出结果为:

  1. 吃鱼
  2. 抓老鼠
  3. 吃骨头
  4. 看家
  5. 吃鱼
  6. 抓老鼠

虚函数

虚函数的存在是为了多态。

Java 中其实没有虚函数的概念,它的普通函数就相当于 C++ 的虚函数,动态绑定是Java的默认行为。如果 Java 中不希望某个函数具有虚函数特性,可以加上 final 关键字变成非虚函数。

重写

我们将介绍在 Java 中,当设计类时,被重写的方法的行为怎样影响多态性。

我们已经讨论了方法的重写,也就是子类能够重写父类的方法。

当子类对象调用重写的方法时,调用的是子类的方法,而不是父类中被重写的方法。

要想调用父类中被重写的方法,则必须使用关键字 super

Employee.java 文件代码:

  1. /* 文件名 : Employee.java */
  2. public class Employee {
  3. private String name;
  4. private String address;
  5. private int number;
  6. public Employee(String name, String address, int number) {
  7. System.out.println("Employee 构造函数");
  8. this.name = name;
  9. this.address = address;
  10. this.number = number;
  11. }
  12. public void mailCheck() {
  13. System.out.println("邮寄支票给: " + this.name
  14. + " " + this.address);
  15. }
  16. public String toString() {
  17. return name + " " + address + " " + number;
  18. }
  19. public String getName() {
  20. return name;
  21. }
  22. public String getAddress() {
  23. return address;
  24. }
  25. public void setAddress(String newAddress) {
  26. address = newAddress;
  27. }
  28. public int getNumber() {
  29. return number;
  30. }
  31. }

假设下面的类继承Employee类:

Salary.java 文件代码:

  1. /* 文件名 : Salary.java */
  2. public class Salary extends Employee
  3. {
  4. private double salary; // 全年工资
  5. public Salary(String name, String address, int number, double salary) {
  6. super(name, address, number);
  7. setSalary(salary);
  8. }
  9. public void mailCheck() {
  10. System.out.println("Salary 类的 mailCheck 方法 ");
  11. System.out.println("邮寄支票给:" + getName()
  12. + " ,工资为:" + salary);
  13. }
  14. public double getSalary() {
  15. return salary;
  16. }
  17. public void setSalary(double newSalary) {
  18. if(newSalary >= 0.0) {
  19. salary = newSalary;
  20. }
  21. }
  22. public double computePay() {
  23. System.out.println("计算工资,付给:" + getName());
  24. return salary/52;
  25. }
  26. }

现在我们仔细阅读下面的代码,尝试给出它的输出结果:

VirtualDemo.java 文件代码:

  1. /* 文件名 : VirtualDemo.java */
  2. public class VirtualDemo {
  3. public static void main(String [] args) {
  4. Salary s = new Salary("员工 A", "北京", 3, 3600.00);
  5. Employee e = new Salary("员工 B", "上海", 2, 2400.00);
  6. System.out.println("使用 Salary 的引用调用 mailCheck -- ");
  7. s.mailCheck();
  8. System.out.println("\n使用 Employee 的引用调用 mailCheck--");
  9. e.mailCheck();
  10. }
  11. }

以上实例编译运行结果如下:

  1. Employee 构造函数
  2. Employee 构造函数
  3. 使用 Salary 的引用调用 mailCheck --
  4. Salary 类的 mailCheck 方法
  5. 邮寄支票给:员工 A ,工资为:3600.0
  6.  
  7. 使用 Employee 的引用调用 mailCheck--
  8. Salary 类的 mailCheck 方法
  9. 邮寄支票给:员工 B ,工资为:2400.0

例子解析

  • 实例中,实例化了两个 Salary 对象:一个使用 Salary 引用 s,另一个使用 Employee 引用 e。

  • 当调用 s.mailCheck() 时,编译器在编译时会在 Salary 类中找到 mailCheck(),执行过程 JVM 就调用 Salary 类的 mailCheck()。

  • 因为 e 是 Employee 的引用,所以调用 e 的 mailCheck() 方法时,编译器会去 Employee 类查找 mailCheck() 方法 。

  • 在编译的时候,编译器使用 Employee 类中的 mailCheck() 方法验证该语句,但是在运行的时候,Java虚拟机(JVM)调用的是 Salary 类中的 mailCheck() 方法。

以上整个过程被称为虚拟方法调用,该方法被称为虚拟方法。

Java中所有的方法都能以这种方式表现,因此,重写的方法能在运行时调用,不管编译的时候源代码中引用变量是什么数据类型。

多态的实现方式

方式一:重写:

这个内容已经在上一章节详细讲过,就不再阐述,详细可访问:Java 重写(Override)与重载(Overload)

方式二:接口

  • 1.生活中的接口最具代表性的就是插座,例如一个三接头的插头都能接在三孔插座中,因为这个是每个国家都有各自规定的接口规则,有可能到国外就不行,那是因为国外自己定义的接口类型。

  • 2.java中的接口类似于生活中的接口,就是一些方法特征的集合,但没有方法的实现。具体可以看 java接口 这一章节的内容。

方式三:抽象类和抽象方法

详情请看 Java抽象类 章节。