Java面向对象三大基本特征之多态

news2024/9/27 21:23:40

多态性是面向对象编程的又一个重要特征，那么多态是什么呢？

一、多态的概念

1.概念：多态是指在父类中定义的属性和方法被子类继承之后，可以具有不同的数据类型或表现出不同的行为，这使得同一个属性或方法在父类及其各个子类中具有不同的含义。

2.多态现实意义的理解：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。

（1）现实事物经常会体现出多种形态，如学生，学生是人的一种，则一个具体的同学张三既是学生也是人，即出现两种形态。                                                                                                            

（2）Java作为面向对象的语言，同样可以描述一个事物的多种形态。如Student类继承了Person类，一个Student的对象便既是Student，又是Person。

二、多态的使用

1.多态的使用前提：

java实现多态有 3 个必要条件：继承、重写和向上转型。

（1）继承：在多态中必须存在有继承关系的子类和父类。

（2）方法重写：子类对父类中某些方法进行重新定义，在调用这些方法时就会调用子类的方法。

（3）向上转型：在多态中需要将子类的引用赋给父类对象，只有这样该引用才既能可以调用父类的方法，又能调用子类的方法。即父类引用变量可以指向子类对象。

父类类型 变量名=new 子类类型();

2.示例：接下来我们用代码来帮助理解

父类：Animal类

public class Animal {
	
	public String name;
	public int health;//健康值
	public int love;//亲密度
	
	public Animal() {//无参构造
		super();
	}
	public Animal(String name, int health, int love) {//有参构造
		super();
		this.name = name;
		this.health = health;
		this.love = love;
	}
	
	
	//定义一个方法
	public void test(){
		System.out.println("我是Animal类中的test()方法");
	}
	

}

子类：Cat类

public class Cat extends Animal {

	public String color;//颜色

	public Cat() {
		super();
	}

	public Cat(String name, int health, int love, String color) {
		super(name, health, love);
		this.color = color;
	}


	// 重写Animal类中的test()方法
	public void test() {
		System.out.println("我是Cat类中的test()方法");
	}
	
	public void play(){
		System.out.println("我是Cat类中的play()方法");
	}

}

子类：Dog类

public class Dog extends Animal {
	public String strain;//种类

	public Dog() {
		super();//调用父类Animal类中的无参构造方法
	}

	public Dog(String name, int health, int love, String strain) {
		super(name, health, love);//调用父类Animal类中的有参构造方法
		this.strain = strain;
	}

	
	//重写Animal类中的test()方法
	public void test(){
		System.out.println("我是Dog类中的test()方法");
	}
	
	public void eat(){
		System.out.println("我是Dog类中的eat()方法");
	}
}

测试：Test类

public class Test {

	public static void main(String[] args) {
		
		//创建Dog类对象
		Dog dog = new Dog("旺财", 100, 100, "金毛");
		dog.test();
		
		//创建Cat类对象
		Cat cat = new Cat("Tom", 100, 99, "蓝色");
		cat.test();
		
		System.out.println("--------------------------");
		
		//多态：同一个父类引用，指向不同的子类实例，执行不同的操作。方法重写是实现多态的前提
		
		//向上转型（自动类型转换）：父类的引用指向子类的实例（对象）
		Animal animal = new Dog("来福", 100, 98, "泰迪");
		animal.test();
		//eat()方法是Dog类中独有的方法、父类引用无法直接调用子类中特有的方法，如果父类引用需要使用子类中独有的的方法，需要将父类引用强制类型转换为子类
//		animal.eat();
		
		//向下转型（强制类型转换）：子类的引用指向父类的引用
		Dog dog2=(Dog)animal;
		dog2.eat();
		
		animal = new Cat("加菲猫", 85, 88, "黄色");
		animal.test();
		//play()方法是Cat类中独有的方法，父类引用无法直接调用子类中特有的方法，如果父类引用需要使用子类中独有的的方法，需要将父类引用强制类型转换为子类
//		animal.play();
		//在向下转型过程中，容易出现类型转换异常ClassCastException，将父类引用转换成了其它的子类对象，所以在转换之前需要对父类引用类型进行判断
//		Dog cat2 =(Dog)animal;
		
		
		if(animal instanceof Dog){
			Dog dog3 =(Dog)animal;
			dog3.eat();
		}else if(animal instanceof Cat){
			Cat cat3 =(Cat)animal;
			cat3.play();
		}
		
		

	}

}

结果：

由上述代码我们可以看到，创建了一个Animal引用指向Dog类实例，然后使用animal引用调用test()方法，实际上调用的却是Dog类中的test（）方法，这就是多态的一种应用;

三、Java中实现和使用多态的主要方式：

1.使用父类作为方法的形参：

示例：

父类：Animal类

public class Animal {
	private String name;
	private int health;//健康值
	private int love;

	public Animal() {
		super();
	}

	public Animal(String name, int health, int love) {
		super();
		this.name = name;
		this.health = health;
		this.love = love;
	}

	public String getName() {
		return name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}

	public int getHealth() {
		return health;
	}

	public void setHealth(int health) {
		this.health = health;
	}

	public int getLove() {
		return love;
	}

	public void setLove(int love) {
		this.love = love;
	}

	//定义一个方法实现Animal看病
	public void lookDoctor(){
		System.out.println("我是Animal类中看病的lookDoctor()方法");
	}
}

子类：Cat类

public class Cat extends Animal {
	
	private String color;

	public Cat() {
		super();
	}

	public Cat(String name, int health, int love, String color) {
		super(name, health, love);
		this.color = color;
	}

	public String getColor() {
		return color;
	}

	public void setColor(String color) {
		this.color = color;
	}
	
	//重写Animal类中的lookDoctor()方法
	@Override
	public void lookDoctor() {
		System.out.println("猫生病了，打针和吃药.....");
		this.setHealth(85);
	}

}

子类：Dog类

public class Dog extends Animal {
	
	private String strain;

	public Dog() {
		super();//调用父类Animal类中的无参构造方法
	}

	public Dog(String name, int health, int love, String strain) {
		super(name, health, love);//调用父类Animal类中的有参构造方法
		this.strain = strain;
	}

	public String getStrain() {
		return strain;
	}

	public void setStrain(String strain) {
		this.strain = strain;
	}

	//重写Animal类中的lookDoctor()方法
	@Override
	public void lookDoctor() {
		//健康值小于60的时候
		System.out.println("狗生病了，打针.......");
		this.setHealth(70);
	}
}

子类：Penguin类

public class Penguin extends Animal {

	private char sex;

	public Penguin() {
		super();
	}

	public Penguin(String name, int health, int love, char sex) {
		super(name, health, love);
		this.sex = sex;
	}

	public char getSex() {
		return sex;
	}

	public void setSex(char sex) {
		this.sex = sex;
	}

	// 重写Animal类中的lookDoctor()方法
	@Override
	public void lookDoctor() {
		// 健康值小于60的时候
		System.out.println("企鹅生病了，吃药.......");
		this.setHealth(75);
	}

}

主人类：Master类

public class Master {
	
	//定义给Animal对象看病的方法
	public void cure(Animal animal){
		//animal对象健康值小于60的时候需要看病
		if(animal.getHealth()<60){
			animal.lookDoctor();
		}
		
	}

}

测试类：Test类

public class Test {

	public static void main(String[] args) {
		
		Master master = new Master();
		
		//创建Dog类对象
		Dog dog1 = new Dog("旺财", 30, 99, "藏獒");
		System.out.println(dog1.getHealth());
		
		//调用方法原则一：方法需要什么类型的参数就需要给什么类型的参数---》方法需要什么类型的参数就需要给什么类型的参数（包括其子类）
		master.cure(dog1);
		System.out.println(dog1.getHealth());
		
		System.out.println("----------------");
		
		//创建Penguin类对象
		Penguin penguin1 = new Penguin("QQ", 45, 90, '母');
		System.out.println(penguin1.getHealth());
		
		master.cure(penguin1);
		System.out.println(penguin1.getHealth());
		
		System.out.println("----------------");
		
		Animal animal = new Dog("来福", 20, 100, "拉布拉多");
		System.out.println(animal.getHealth());
		master.cure(animal);
		System.out.println(animal.getHealth());
		
		System.out.println("---------------------------------");
		
		animal = new Penguin("QQ", 50, 92, '公');
		System.out.println(animal.getHealth());
		master.cure(animal);
		System.out.println(animal.getHealth());
	}

}

结果：

 可以看到在Master类中将Animal类对象作为一个形参，来进行方法的调用；

2.使用父类作为方法的返回值：

父类：Animal类

public abstract class Animal {
	//定义一个动物叫的方法
	public abstract void shout();

}

子类：Cat类

public class Cat extends Animal {

	@Override
	public void shout() {
		System.out.println("喵喵喵");
	}

}

子类：Dog类

public class Dog extends Animal {

	@Override
	public void shout() {
		System.out.println("汪汪汪");
	}

}

主人类：Master类

public class Master {
	//将父类Animal作为方法的形参使用，是多态的使用方式之一
	
	//定义一个方法：实现让动物叫
	public void letShout(Animal animal){
		animal.shout();
	}
	
	//将父类Animal作为方法的返回值，也是多态的使用方式之一
	public Animal giveAnimal(String type){
		Animal animal = null;
		if(type.equals("狗")){
			animal = new Dog();
		}else{
			animal = new Cat();
		}
		
		return animal;
	}

}

测试类：Test类

public class Test {

	public static void main(String[] args) {

		Master master = new Master();

		// Animal是抽象类。不能直接实例化，可以使用多态的形式，将animal引用指向子类实例
		// Animal animal = new Animal();
		Animal animal = new Dog();
		
		master.letShout(animal);
		
		animal = new Cat();
		master.letShout(animal);
		
		System.out.println("-----------------------");
		
		//赠送动物
		Scanner sc = new Scanner(System.in);
		System.out.println("你想要什么动物？(猫/狗)");
		String pet =sc.next();
		Animal ani=master.giveAnimal(pet);
		ani.shout();
	}

}

可以看到Master类中父类Animal类作为方法的返回值。

四、多态的必要性

使用多态的好处：

1.提高了代码的可维护性

2.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。

五、多态的局限性

1.当父类引用指向子类对象时，父类引用是不能直接调用子类特有的方法的。需要向下转型（强制类型转换）。

向下转型（强制类型转换）格式：

父类类型 父类对象引用=new 子类类型();//向上转型（自动类型转换）：父类的引用指向子类的实例（对象

子类类型  子类对象引用=（子类类型）父类对象引用；//向下转型（强制类型转换）：子类的引用指向父类的引用

向下转换后才能调用子类特有的方法。

2.同时，在向下转型的过程中，容易出现类型转换异常ClassCastException，将父类引用转换成了其它的子类对象，所以在转换之前需要对父类引用类型进行判断

这时就需要用到instanceof关键字进行判断

 if(animal instanceof Dog){
            Dog dog =(Dog)animal;
            dog.eat();//Dog类中独有方法
        }else if(animal instanceof Cat){
            Cat cat =(Cat)animal;
            cat.play();//Cat类中独有方法
        }

注意：使用instanceof时，对象的类型必须和instanceof后面的参数所指定的类在继承上有上下级关系。


 

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