Java 基础语法爆肝两万字解析 Java 的多态抽象类和接口

Posted 2021-10-08 吞吞吐吐大魔王

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java 基础语法爆肝两万字解析 Java 的多态抽象类和接口相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

上节介绍了 Java 的包和继承，如果这类知识有点疑惑的兄弟，可以去万字解析 Java 的包和继承这章看看，或许可以帮你解决一些疑惑哟！

今天这章主要介绍多态和抽象类，希望接下来的内容对你有帮助！

一、多态

在了解多态之前我们先了解以下以下的知识点

1. 向上转型

什么是向上转型呢？简单讲就是

把子类对象赋值给了父类对象的引用

这是什么意思呢，我们可以看下列代码

// 假设 Animal 是父类，Dog 是子类
public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal=new Animal("动物");
        Dog dog=new Dog("二哈");
        animal=dog;
    }
}

其中将子类引用 dog 的对象赋值给了父类的引用，而上述代码也可以简化成

public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal=new Dog("二哈");
    }
}

这个其实和上述代码一样，这种写法都叫“向上转型”，将子类对象的引用赋值给了父类的引用

其实向上转型以后可能用到的比较多，那么我们什么时候需要用它呢？

直接赋值
方法传参
方法返回

其中直接赋值就是上述代码的样子，接下来让我们看一下方法传参的实例

// 假设 Animal 是父类，Dog 是子类
public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal=new Dog("二哈");
        func(animal);
    }
    public static void func1(Animal animal){
        
    }
}

我们写了一个函数，形参就是父类的引用，而传递的实参就是子类引用的对象。也可以写成

public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal=new Animal("动物");
        Dog dog=new Dog("二哈");
        func(dog);
    }
    public static void func1(Animal animal){
        
    }
}

那么方法返回又是啥样的呢？其实也很简单，如

// 假设 Animal 是父类，Dog 是子类
public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        
    }
    public static Animal func2(){
        Dog dog=new Dog("二哈");
        return dog;
    }
}

其中在 func2 方法中，将子类的对象返回给父类的引用。还有一种也算是方法返回

public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal=func2();
    }
    public static Dog func2(){
        Dog dog=new Dog("二哈");
        return dog;
    }
}

方法的返回值是子类的引用，再将其赋值给父类的对象，这种写法也叫“向上转型”。

那么既然我们父类的引用指向了子类引用的对象，那么父类可以使用子类的一些方法吗？试一试

class Animal{
    public String name;
    public Animal(String name){
        this.name=name;
    }
    public void eat(){
        System.out.println(this.name+"吃东西"+"(Animal)");
    }
}
class Dog extends Animal{
    public Dog(String name){
        super(name);
    }
    public void eatDog(){
        System.out.println(this.name+"吃东西"+"(Dog)");
    }
}
public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal1=new Animal("动物");
        Animal animal2=new Dog("二哈");
        animal1.eat();
        animal2.eatdog();
    }
}

结果是不可以

因为本质上 animal 的引用类型是 Animal，所以只能使用自己类里面的成员和方法

2. 动态绑定

那么我们的 animal2 可以使用 Dog 类中的 eatDog 方法吗？其实是可以的，只要我们将这个 eatDog 改名叫 eat 就行

class Dog extends Animal{
    public Dog(String name){
        super(name);
    }
    public void eat(){
        System.out.println(this.name+"吃东西"+"(Dog)");
    }
}

修改后的部分代码如上，此时，我们之前的 animal2 直接调用 eat，就可以得到下面的结果

这也就是说明此时

animal1.eat() 实际调用的是父类的方法
animal2.eat() 实际调用的是子类的方法

那么为什么将 eatDog 改成 eat 之后，animal2.eat 调用的就是子类的方法呢？

这就是我们接下来要讲的重写

3. 方法重写

什么叫做重写呢？

子类实现父类的同名方法，并且

方法名相同
方法的返回值一般相同
方法的参数列表相同

满足上述的情况就称为：重写、覆写、覆盖（Override）

注意事项：

重写的方法不能为密封方法（即被 final 修饰的方法）。我们之前了解过关键字 final，而被他修饰的方法就叫做密封方法，该方法则不能再被重写，如
// 假如这是父类中的方法
public final void eat(){
    System.out.println(this.name+"要吃东西");
}
此类方法是不能被重写的
子类的访问修饰限定符权限一定要大于等于父类的权限，但是父类不能是被 private修饰

方法不能被 static 修饰
一般针对重写的方法，可以使用 @Override 注解来显示指定。加了他有什么好处呢？看下面代码
// 假如下面的 eat 是被重写的方法
class Dog extends Animal{
    @Override
    private void eat(){
        // ...
    }
}
当我们如出现 eat 被写成了 ate 时候，那么编译器就会发现父类中是没有 ate 方法的，就会编译报错，提示无法构成重写
重写时可以修改返回值，方法名和参数类型及个数都不可以修改。仅当返回值为类类型时，重写的方法才可以修改返回值类型，且必须是父类方法返回值的子类；要么就不修改，与父类返回值类型相同

了解到这，大家对于重写肯定有了一个概念。此时我们再回忆一下之前学过的重载，可以做一个表格来进行对比

区别	重载（Overload）	重写（Override）
概念	方法名称相同、参数列表不同、返回值无要求	方法名称相同、参数列表相同、返回类型一般相同
范围	重载不是必须在一个类当中（继承）	继承关系
限制	没有权限要求	被覆写的方法不能拥有比父类更严格的访问控制权限

比较结果就是，两者没啥关系呀

讲到这里，我们好像一直没有说明上一小节的标题动态绑定是啥

那么什么叫做动态绑定呢？发生的条件如下

发生向上转型（父类引用需要引用子类对象）
通过父类引用，来调用子类和父类的同名覆盖方法

那为啥是叫动态的呢？经过反汇编我们可以发现

编译的时候： 调用的是父类的方法
但是运行的时候： 实际上调用的是子类的方法

因此这其实是一个动态的过程，也可以叫其运行时绑定

4. 向下转型

既然介绍了向上转型，那肯定也缺不了向下转型呀！什么时向下转型呢？想想向上转型就可以猜到它就是

把父类对象赋值给了子类对象的引用

那么换成代码就是

// 假设 Animal 是父类，Dog 是子类
public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal=new Animal("动物");
        Dog dog=animal;
    }
}

但是只是上述这样写是不行的，会报错

为什么呢？我们可以这样想一下

狗是动物，但是动物不能说是狗，这相当于是一个包含的关系。

因此可以将狗的对象直接赋值给动物，但是不能将动物的对象赋值给狗

我们就可以使用强制类型转换，这样上述代码就不会报错了

public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal=new Animal("动物");
        Dog dog=(Dog)animal;
    }
}

我们接着用 dog 引用去运行一下 eat 方法

public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal=new Animal("动物");
        Dog dog=(Dog)animal;
        dog.eat();
    }
}

运行后出现了错误

动物不能被转换成狗！

那我们该怎么做呢？我们要记住一点：

使用向下转型的前提是：一定要发生了向上转型

public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal=new Dog("二哈");
        Dog dog=(Dog)animal;
        dog.eat();
    }
}

这样就没问题啦！

像上述我们提到使用向下转型的前提是要发生向上转型。我们其实可以理解为，我们在使用向上转型的时候，有些功能无法做到，故我们再使用向下转型来完善代码（emmm，纯属个人愚见啦）。就比如

// 假设我的 Dog 类中有一个看家的方法 guard
public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal=new Dog("二哈");
        animal.guard();
    }
}

上述代码就会报错，因为 Animal 类中是没有 guard 方法的。因此我们就要借用向下转型

public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal=new Dog("二哈");
        Dog dog =animal;
        dog.guard();
    }
}

注意：

其实向下转型不常使用，使用它可能会不小心犯一些错误。如果我们上述的代码又要继续使用一些其他动物的特有方法，如果忘了它们没有发生向上转型，就会报错。

为了避免这种错误： 我们可以使用 instanceof

instanceof：可以判定一个引用是否是某个类的实例，如果是则返回 true，不是则返回 false，如
public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal=new Dog("二哈");
        if(animal instanceof Bird){
            Bird bird=(Bird)animal;
            bird.fly();
        }
    }
}
上述代码就是先判断 Animal 的引用是否是 Bird 的实例，我们知道它应该是 Dog 的实例，故返回 false

5. 关键字 super

其实上章就讲解过了 super 关键字，这里我再用一个表格比较下 this 和 super，方便理解

区别	this	super
概念	访问本类中的属性和方法	由子类访问父类中的属性和方法
查找范围	先查找本类，如果本类没有就调用父类	直接调用父类
表示	表示当前对象	无
共性1	不能被放在 static 修饰的方法中	不能被放在 static 修饰的方法中
共性2	要放在第一行（不能和 super 一起使用）	要放在第一行（不能和 this 一起使用）

6. 在构造方法中调用重写方法（坑）

接下来我们看一段代码，大家可以猜猜结果是啥哦！

class Animal{
    public  String name;
    public Animal(String name){
        eat();
        this.name=name;
    }
    public void eat(){
        System.out.println(this.name+"在吃食物（Animal）");
    }
}
class Dog extends Animal{
    public Dog(String name){
        super(name);
    }
    public void eat(){
        System.out.println(this.name+"在吃食物（Dog）");
    }
}
public class TestDemo{
    public static void main(String[] args){
        Dog dog=new Dog("二哈");
    }
}

结果就是

如果没猜对的，一般有两个疑惑：

没有调用 eat 方法，但为什么结果是这样的？
为啥是 null？

解答：

疑惑一： 因为子类继承父类需要帮父类构造方法，所以子类创建对象时，就构造了父类的构造方法，就执行了父类的 eat 方法
疑惑二： 由于父类构造方法是先执行 eat 方法，而 name 的赋值在后面一步，多以此时的 name 是 null

结论：

构造方法中可以调用重写的方法，并且发生了动态绑定

7. 理解多态

介绍到这里，我们终于要开始正式介绍我们今天的一大重点多态了！那什么是多态呢？其实他和继承一样是一种思想，我们可以先看一段代码

class Shape{
    public void draw(){

    }
}
class Cycle extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一个圆⚪");
    }
}
class Rect extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一个方片♦");
    }
}
class Flower extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一朵花❀");
    }
}
public class TestDemo{
    public static void main(String[] args) {
        Cycle shape1=new Cycle();
        Rect shape2=new Rect();
        Flower shape3=new Flower();
        drawMap(shape1);
        drawMap(shape2);
        drawMap(shape3);
    }
    public static void drawMap(Shape shape){
        shape.draw();
    }
}

我们发现 drawMap 这个方法被调用者使用时，都是经过父类调用了其中的 draw 方法，并且最终的表现形式是不一样的。而这种思想就叫做多态。

更简单的说，多态就是

一个引用能表现出多种不同的形态

而多态是一种思想，实现它的前提有两点

向上转型
调用同名的覆盖方法

而一种思想的传承总有它独到的好处，那么使用多态有什么好处呢？

1）类调用者对类的使用成本进一步降低

封装是让类的调用者不需要知道类的实现细节
多态能让类的调用者连这个类的类型是什么都不必知道，只需要这个对象具有某种方法即可

2）能够降低代码的“圈复杂度”，避免使用大量的 if-else 语句

圈复杂度：

是一种描述一段代码复杂程度的方式。可以将一段代码中条件语句和循环语句出现的个数看作是“圈复杂度”，这个个数越多，就认为理解起来更复杂。

我们可以看一段代码

public static void drawShapes(){
    Rect rect = new Rect(); 
    Cycle cycle = new Cycle(); 
    Flower flower = new Flower(); 
    String[] shapes = {"cycle", "rect", "cycle", "rect", "flower"}; 
    for (String shape : shapes) { 
    	if (shape.equals("cycle")) { 
     		cycle.draw(); 
     	} else if (shape.equals("rect")) { 
     		rect.draw(); 
     	} else if (shape.equals("flower")) { 
     		flower.draw(); 
 		}
    }
}

这段代码的意思就是要分别打印圆、方片、圆、方片、花，如果不使用多态的话，我们一般就会写出上面这种方法。而使用多态的话，代码就会显得很简单，如

public static void drawShapes() { 
    // 我们创建了一个 Shape 对象的数组. 
    Shape[] shapes = {new Cycle(), new Rect(), new Cycle(), new Rect(), new Flower()}; 
    for (Shape shape : shapes) { 
    	shape.draw(); 
    } 
}

我们可以通过下面这种图理解上面的代码

而整体看起来，使用了多态的代码就简单了很多

3）可扩展能力强

如上述画图的代码，如果我们要新增一种新的形状，使用多态的方式改动成本也比较低，如
// 增加三角形
class Triangle extends Shape { 
    @Override 
    public void draw() { 
    	System.out.println("△"); 
    } 
}
运用多态的话，我们扩展的代码增加一个新类就可以。而对于不使用多态的情况，就还需要对 if-else 语句进行一定的修改，故改动成本会更高

8. 小结

到此为止，面向对象的三大特点：封装、继承、多态已经全部介绍完了。由于我个人的理解也有限，所以讲的可能不好、不足，希望大家多多理解呀。

接下来将会介绍抽象类和接口，其中也会进一步运用到多态，大家可以多多练习，加深思想的理解。

二、抽象类

1. 概念

我们上面刚写过一个画图型的代码，其中父类的定义是这样的

class Shape{
    public void draw(){

    }
}

我们发现，父类中的 draw 方法里面没有内容，而绘图都是通过各种子类的 draw 方法完成的。

像上述代码，这种没有实际工作的方法，我们可以通过 abstract 来设计设计成一个抽象方法，而包含抽象方法的类就是抽象类

设计之后的代码就是这样的

abstract class Shape{
    public abstract void draw();
}

2. 注意事项

方法和类都要由 abstract 修饰

抽象类中可以定义
以上是关于Java 基础语法爆肝两万字解析 Java 的多态抽象类和接口的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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