多态的形式和体现

对象的多态性

多态性，是面向对象中最重要的概念，在Java中的体现：对象的多态性：父类的引用指向子类的对象

格式：（父类类型：指子类继承的父类类型，或者实现的接口类型）

父类类型 变量名 = 子类对象；

举例：

Person p = new Student();

Object o = new Person();//Object类型的变量o，指向Person类型的对象

o = new Student(); //Object类型的变量o，指向Student类型的对象

对象的多态：在Java中，子类的对象可以替代父类的对象使用。所以，一个引用类型变量可能指向(引用)多种不同类型的对象

多态的理解

Java引用变量有两个类型：编译时类型和运行时类型。编译时类型由声明该变量时使用的类型决定，运行时类型由实际赋给该变量的对象决定。简称：编译时，看左边；运行时，看右边。

• 若编译时类型和运行时类型不一致，就出现了对象的多态性(Polymorphism)
• 多态情况下，“看左边”：看的是父类的引用（父类中不具备子类特有的方法）
  “看右边”：看的是子类的对象（实际运行的是子类重写父类的方法）

多态的使用前提：① 类的继承关系 ② 方法的重写

举例

public class Pet {
    private String nickname; //昵称

    public String getNickname() {
        return nickname;
    }

    public void setNickname(String nickname) {
        this.nickname = nickname;
    }

    public void eat(){
        System.out.println(nickname + "吃东西");
    }
}

public class Cat extends Pet {
    //子类重写父类的方法
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫咪" + getNickname() + "吃鱼仔");
    }

    //子类扩展的方法
    public void catchMouse() {
        System.out.println("抓老鼠");
    }
}

public class Dog extends Pet {
    //子类重写父类的方法
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("狗子" + getNickname() + "啃骨头");
    }

    //子类扩展的方法
    public void watchHouse() {
        System.out.println("看家");
    }
}

1、方法内局部变量的赋值体现多态

public class TestPet {
    public static void main(String[] args) {
        //多态引用
        Pet pet = new Dog();
        pet.setNickname("小白");

        //多态的表现形式
        /*
        编译时看父类：只能调用父类声明的方法，不能调用子类扩展的方法；
        运行时，看“子类”，如果子类重写了方法，一定是执行子类重写的方法体；
         */
        pet.eat();//运行时执行子类Dog重写的方法
//      pet.watchHouse();//不能调用Dog子类扩展的方法

        pet = new Cat();
        pet.setNickname("雪球");
        pet.eat();//运行时执行子类Cat重写的方法
    }
}

2、方法的形参声明体现多态

public class Person{
    private Pet pet;
    public void adopt(Pet pet) {//形参是父类类型，实参是子类对象
        this.pet = pet;
    }
    public void feed(){
        pet.eat();//pet实际引用的对象类型不同，执行的eat方法也不同
    }
}

public class TestPerson {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();

        Dog dog = new Dog();
        dog.setNickname("小白");
        person.adopt(dog);//实参是dog子类对象，形参是父类Pet类型
        person.feed();

        Cat cat = new Cat();
        cat.setNickname("雪球");
        person.adopt(cat);//实参是cat子类对象，形参是父类Pet类型
        person.feed();
    }
}

3、方法返回值类型体现多态

public class PetShop {
    //返回值类型是父类类型，实际返回的是子类对象
    public Pet sale(String type){
        switch (type){
            case "Dog":
                return new Dog();
            case "Cat":
                return new Cat();
        }
        return null;
    }
}

public class TestPetShop {
    public static void main(String[] args) {
        PetShop shop = new PetShop();

        Pet dog = shop.sale("Dog");
        dog.setNickname("小白");
        dog.eat();

        Pet cat = shop.sale("Cat");
        cat.setNickname("雪球");
        cat.eat();
    }
}

成员变量没有多态性

• 若子类重写了父类方法，就意味着子类里定义的方法彻底覆盖了父类里的同名方法，系统将不可能把父类里的方法转移到子类中。

• 对于实例变量则不存在这样的现象，即使子类里定义了与父类完全相同的实例变量，这个实例变量依然不可能覆盖父类中定义的实例变量

/**
 * ClassName: dsad
 * Package: PACKAGE_NAME
 * Description:
 *
 * @Author Thmiao
 * @Create 2023/7/5 03:02
 * @Version 1.0
 */
public class TestVariable {
    public static void main(String[] args) {
        Base b = new Sub();
        System.out.println(b.a);//1
        System.out.println(((Sub)b).a);//2

        Sub s = new Sub();
        System.out.println(s.a);//2
        System.out.println(((Base)s).a);//1
    }
}
class Base{
    int a = 1;
}
class Sub extends Base{
    int a = 2;
}

向上转型与向下转型

首先，一个对象在new的时候创建是哪个类型的对象，它从头至尾都不会变。即这个对象的运行时类型，本质的类型用于不会变。但是，把这个对象赋值给不同类型的变量时，这些变量的编译时类型却不同。

为什么要类型转换

因为多态，就一定会有把子类对象赋值给父类变量的时候，这个时候，在编译期间，就会出现类型转换的现象。

但是，使用父类变量接收了子类对象之后，我们就不能调用子类拥有，而父类没有的方法了。这也是多态给我们带来的一点"小麻烦"。所以，想要调用子类特有的方法，必须做类型转换，使得编译通过

向上转型：当左边的变量的类型（父类） > 右边对象/变量的类型（子类），我们就称为向上转型

• 此时，编译时按照左边变量的类型处理，就只能调用父类中有的变量和方法，不能调用子类特有的变量和方法了
• 但是，运行时，仍然是对象本身的类型，所以执行的方法是子类重写的方法体。
• 此时，一定是安全的，而且也是自动完成的

向下转型：当左边的变量的类型（子类）<右边对象/变量的编译时类型（父类），我们就称为向下转型

• 此时，编译时按照左边变量的类型处理，就可以调用子类特有的变量和方法了
• 但是，运行时，仍然是对象本身的类型
• 不是所有通过编译的向下转型都是正确的，可能会发生ClassCastException，为了安全，可以通过isInstanceof关键字进行判断

如何向上或向下转型

向上转型：自动完成

向下转型：（子类类型）父类变量

public class ClassCastTest {
    public static void main(String[] args) {
        //没有类型转换
        Dog dog = new Dog();//dog的编译时类型和运行时类型都是Dog

        //向上转型
        Pet pet = new Dog();//pet的编译时类型是Pet，运行时类型是Dog
        pet.setNickname("小白");
        pet.eat();//可以调用父类Pet有声明的方法eat，但执行的是子类重写的eat方法体
//        pet.watchHouse();//不能调用父类没有的方法watchHouse

        Dog d = (Dog) pet;
        System.out.println("d.nickname = " + d.getNickname());
        d.eat();//可以调用eat方法
        d.watchHouse();//可以调用子类扩展的方法watchHouse

        Cat c = (Cat) pet;//编译通过，因为从语法检查来说，pet的编译时类型是Pet，Cat是Pet的子类，所以向下转型语法正确
        //这句代码运行报错ClassCastException，因为pet变量的运行时类型是Dog，Dog和Cat之间是没有继承关系的
    }
}

instanceof关键字

为了避免ClassCastException的发生，Java提供了 instanceof 关键字，给引用变量做类型的校验。如下代码格式：

//检验对象a是否是数据类型A的对象，返回值为boolean型
对象a instanceof 数据类型A 

• 说明：
  • 只要用instanceof判断返回true的，那么强转为该类型就一定是安全的，不会报ClassCastException异常。
  • 如果对象a属于类A的子类B，a instanceof A值也为true。
  • 要求对象a所属的类与类A必须是子类和父类的关系，否则编译错误。

代码：

public class TestInstanceof {
    public static void main(String[] args) {
        Pet[] pets = new Pet[2];
        pets[0] = new Dog();//多态引用
        pets[0].setNickname("小白");
        pets[1] = new Cat();//多态引用
        pets[1].setNickname("雪球");

        for (int i = 0; i < pets.length; i++) {
            pets[i].eat();

            if(pets[i] instanceof Dog){
                Dog dog = (Dog) pets[i];
                dog.watchHouse();
            }else if(pets[i] instanceof Cat){
                Cat cat = (Cat) pets[i];
                cat.catchMouse();
            }
        }
    }
}