从零开始的Java开发1-4-3 多态：概念实现向上转型向下转型instanceof类型转换抽象类抽象方法

Posted 2022-08-02 karshey

文章目录

• • 概念
  • 程序中的继承的实现
  • 向上转型
  • 向下转型
  • instanceof 运算符
  • 类型转换案例
  • • 需求1
    • 需求2
    • 总结
  • 抽象
  • • 抽象类
    • 抽象方法
    • 总结
  • 总结

多态，即多种形态。我们可以认为，封装和继承都是为了多态而准备的。

概念

引入：生物都会吃东西，如猫、狗、人。但猫、狗、人吃的东西不同，吃东西的具体动作也不同。这就是多态。

多态：允许不同类的对象对同意消息做出不同的响应。

多态可以分为：

• 编译时多态：也称为设计时多态，一般通过方法重载来实现
• 运行时多态：程序运行时动态决定调用哪个方法

Java中的多态大多都是运行时多态。

多态实现的必要条件：

• 满足继承关系
• 父类引用指向子类对象

程序中的继承的实现

Animal类：

public class Animal 
	// 属性：昵称，年龄
	private String name;
	private int month;

	// 方法：吃东西
	public void eat() 
		System.out.println("Animal eat!");
	

	// 构造函数
	public Animal() 
		System.out.println("Animal构造函数!");
	

	public Animal(String name, int month) 
		this.name = name;
		this.month = month;
		System.out.println("Animal 双参构造！");
	

	// Getter Setter
	public String getName() 
		return this.name;
	

	public int getMonth() 
		return this.month;
	

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

	public void setMonth(int month) 
		this.month = month;
	

Cat类：

public class Cat extends Animal 
	// 属性：体重
	private double weight;

	// 构造
	public Cat() 

	

	public Cat(String name, int month, double weight) 
		super(name, month);
//		//下两行跟super是一样效果
//		this.setMonth(month);
//		this.setName(name);
		this.weight = weight;
	

	// 方法：跑
	public void run() 
		System.out.println("Cat run!");
	

	// 方法：重写eat
	@Override
	public void eat() 
		System.out.println("Cat eat!");
	

	// Getter Setter
	public double getWeight() 
		return weight;
	

	public void setWeight(double weight) 
		this.weight = weight;
	

Dog类：

public class Dog extends Animal 
	// 属性：性别
	private String sex;

	// 构造函数
	public Dog() 

	

	public Dog(String name, int month, String sex) 
		this.setName(name);
		this.setMonth(month);
		this.sex = sex;
	

	// 方法：睡觉
	public void sleep() 
		System.out.println("Dog Sleep!");
	

	// 方法：重写eat
	@Override
	public void eat() 
		System.out.println("Dog eat!");
	

	// Getter Setter
	public String getSex() 
		return sex;
	

	public void setSex(String sex) 
		this.sex = sex;
	

向上转型

测试类：

public class Test 
	public static void main(String[] args) 
		Animal one=new Animal();
		Animal two=new Cat();
		Animal three =new Dog();
		
		//测试多态
		one.eat();
		two.eat();
		three.eat();
	

输出：

Animal构造函数!
Animal构造函数!
Animal构造函数!
Animal eat!
Cat eat!
Dog eat!

ps：Animal构造函数!是Animal无参构造的输出，这里说明每实例化一个对象都会调用一次Animal的无参构造——但本章重点不在这里。

这里的Animal two=new Cat();，Animal three =new Dog();其实是向上转型（也称为隐式转型、自动转型）——父类引用指向子类实例
好理解的联想：孩子的灵魂放到父亲的身体里，子类的实例化放到父类的引用里。

对于two这个对象，虽然它new的是Cat类，但它无法访问Cat自己的成员属性：（weight也无法访问）

也就是说，向上转型之后，父类引用指向子类实例，可以调用子类重写父类的方法以及父类派生的方法，子类所特有的方法无法直接使用。

向下转型

向下转型，也叫强制类型转换，是将子类引用指向父类对象，此处必须强转，可以调用子类特有的方法。
如：

//向下转型
		Cat temp=(Cat)two;
		temp.eat();
		temp.run();

输出：

Cat eat!
Cat run!

但是，Dog和Cat不能强转。如：

Dog temp=(Dog)two;
temp.eat();

输出：

instanceof 运算符

可以用instanceof判断某个对象是否是某个类型的实例，是就返回true，反之返回false。

如：

Dog temp=(Dog)three;
		
System.out.println(three instanceof Dog);
System.out.println(three instanceof Animal);
System.out.println(three instanceof Cat);
System.out.println(three instanceof Object);

输出：

true
true
false
true

由此可知，instanceof可以放到强制类型转换的前面防止报错，这里的三个true分别是因为，two是Cat类的，Animal是Cat的父类，Object是Animal的父类。

类型转换案例

需求1

主人Master类：

public class Master 
	/*
	 * 喂宠物 喂猫：喂完让它跑 喂狗：喂完让他睡
	 */

	public void feed(Cat cat) 
		cat.eat();
		cat.run();
	

	public void feed(Dog dog) 
		dog.eat();
		dog.sleep();
	

主人测试类：

public class MasterTest 
	public static void main(String[] args) 
		Master master = new Master();
		Cat one = new Cat();
		Dog two = new Dog();

		master.feed(one);
		master.feed(two);
	

这是我们只有猫狗两个对象的方法，若我们养了很多宠物，它们都要feed，如果一个个地写会很麻烦，那应该怎么办呢？

方案：传入的参数为猫狗…类的父类，方法中通过类型转换，调用指定子类的方法。

public void feed(Animal obj) 
		if (obj instanceof Cat) 
			Cat cat = (Cat) obj;
			cat.eat();
			cat.run();
		 else if (obj instanceof Dog) 
			Dog dog = (Dog) obj;
			dog.eat();
			dog.sleep();
		
	

测试一下，输出：

Animal构造函数!
Animal构造函数!
Cat eat!
Cat run!
Dog eat!
Dog Sleep!

需求2

如果主人时间多，就养狗，否则养猫。

方案1
Master类增加：

public Dog ManyTime() 
	System.out.println("时间多，养狗！");
	return new Dog();


public Cat LittleTime() 
	System.out.println("时间少，养猫！");
	return new Cat();

测试类：

boolean isManyTime = true;
Animal animal;
if (isManyTime) 
	animal = master.ManyTime();
 else 
	animal = master.LittleTime();

System.out.println(animal);

输出：

时间多，养狗！
Animal构造函数!
com.Animal.Dog@43a25848

方案2：
Master类：

public Animal raise(boolean isManyTime) 
	if (isManyTime) 
		System.out.println("时间多，养狗！");
		return new Dog();
	 else 
		System.out.println("时间少，养猫！");
		return new Cat();
	

测试类：

boolean isManyTime = true;
Animal animal=master.raise(isManyTime);
System.out.println(animal);

输出：

时间多，养狗！
Animal构造函数!
com.Animal.Dog@43a25848

总结

向上转型

• 父类引用指向具体实例（具体实例放进父类引用里，相当于小物件放进大盒子，是向上）
• Animal animal=new Cat()

或

Animal animal;
Cat cat=new Cat();
animal=cat;

向下转型

• 子类引用指向父类对象（大物件放进小盒子，是向下）
• Cat cat=new Animal()

父类中有static的方法，这个方法是不允许被重写的。

如Animal类有：

public static void say() 
		System.out.println("动物间打招呼~");
	

Cat类有：

@Override
	public static void say() 
		System.out.println("Cat Hello~");
	

则会报错：@Override表示这是一个重写的方法——

但如果去掉@Override就不会报错了。

那么，对象到底调用的是哪个say呢？

测试类1：

Animal one=new Animal();
Cat two=new Cat();
Dog three =new Dog();

one.say();
two.say();
three.say();

输出1：（省略了构造函数的输出）

动物间打招呼~
Cat Hello~
动物间打招呼~

测试类2：

Animal one=new Animal();
Animal two=new Cat();
Animal three =new Dog();

one.say();
two.say();
three.say();

输出2：

动物间打招呼~
动物间打招呼~
动物间打招呼~

这说明，父类引用指向子类实例，可以调用子类重写父类的方法以及父类派生的方法，但无法调用子类独有方法。
注意：父类中的静态方法无法被子类重写，所以向上转型后，只能调用到父类原有的静态方法。
这里Cat的say算是Cat类独有的方法，原因在上一章。

如果就像调用子类独有的方法，强转回来即可。如：

Animal two=new Cat();		
two.say();
Cat twoo=(Cat)two;		
twoo.say();

输出：

动物间打招呼~
Cat Hello~

抽象

抽象类

语法没问题，但实例化Animal没有意义。

有没有一种方法，可以直接写出符合程序逻辑的代码？
有。abstract关键字可以。

Java中使用抽象类，限制实例化。抽象类就是用abstract修饰的类，如：

public abstract class Animal

我们在Animal前加abstract修饰，则Animal two=new Animal();会报错。

抽象类：不允许实例化，可以通过向上转型，指向子类实例

应用场景：某个父类只是知道其子类应该包含怎样的方法，但无法准确知道这些子类如何实现这些方法。

抽象类可以避免子类的设计随意性，也可以避免父类的无意义实例化。

抽象方法

引入：对于吃这个动作，每种动物有它自己的吃的方法。而每种动物的父类Animal有吃这个方法只是为了描述“动物都要吃”这件事情。
于是，我们把在父类中只是限定行为能力的方法设置为抽象方法——就是用abstract修饰的方法。

定义：public abstract void eat();

• abstract放在返回值前
• 不能有方法体
• 子类必须重新实现抽象方法，否则，子类也是抽象类

若子类没有重新实现抽象方法，会报错，如：

为什么需要抽象类、抽象方法？不可以让Animal中的方法是空方法吗？
答：

• 不一定非要用抽象类
• 但我们需要去提醒每一个实际的类要去实现自己的方法
• 所以可以用抽象类、抽象方法来提醒我们

总结

使用规则：

• abstract定义抽象类
• 抽象类不能直接实例化，只能被继承，可以通过向上转型完成对象实例
• abstract定义抽象方法，不需要具体实现
• 包含抽象方法的类一定是抽象类
• 抽象类中可以没有抽象方法
• 抽象类的子类必须重写父类的抽象方法，否则子类也是抽象类
• static、final、private不能和abstract并存，因为abstract是需要子类重写的，而static、final、private是不能重写的

总结

多态的分类

• 编译时多态（设计时多态）：方法重载
• 运行时多态：JAVA运行时系统根据调用该方法的实例类型来决定选择调用哪个方法

我们平时说的多态常常是运行时多态。

多态

• 向上类型转换：将子类型转换为父类型——右边是子：隐式/自动类型转换，是小类型到大类型的转换
• 向下类型转换：将父类型转换为子类型：强制类型转换，是大类型到小类型

通过instanceof运算符，来解决引用对象的类型，避免类型转换的安全性问题，提高代码的健壮性。

抽象类&抽象对象 的 应用场景
某个父类只是限定其子类应该包含怎样的方法，但不需要准备知道这些子类如何实现这些方法。

抽象类：用abstract修饰类

public abstract class Aniaml

抽象方法：用abstract修饰方法

public abstract void eat();

注意

1. 抽象类不能直接实例化
2. 子类如果没有重写父类所有的抽象方法，则也要定义为抽象类
3. 抽象方法所在的类一定是抽象类
4. 抽象类中可以没有抽象方法