Java 多态的简单介绍.

最新推荐文章于 2025-06-20 14:41:34 发布

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本文深入浅出地介绍了Java中多态的概念，详细解释了类引用、超类引用指向派生类对象、根据引用调用不同方法等内容，并通过具体示例说明了多态的应用及重要性。

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作为面向对象三大知识点之一, 多态可以讲是相对最难理解那个. 本人在这里也是简单分析一下.

一, 多态的定义.

面向对象编程中, 1个超类的引用可以指向属于超类的对象, 也可以根据需要指向超类的派生类族对象.

这个过程中根据引用指向不同类型对象, 可以调用不同方法, 这就是多态.

1.1 什么是类的引用.

Java 中, 1个实例化后的对象的内存是分配在内存的Heap(堆)区中的, 但是如果使用这个对象, 必须在Stuck(栈) 区定义1个变量来存放那个堆区类型的地址.

例如:

Human A;

上面的代码定义了1个Human类型的变量A, 这个A只是存放在Stuck区, 我们就说这个A是1个引用, 它可以指向堆区的Human类型的内存.

但是上面这个A类型并没有指向任何内存, 就是所谓的"对象A没有实例化"

接下来:

A = new Human();

new Human() 这个1句是在Heap区动态分配1块Human类型的内存. A = new Human(); 就是把该内存的头部地址赋给A.

这是我们就说引用A已经有了指向, 也就是所谓的"对象A 被实例化"

1.2 类的引用的指向可以改变

既然应用类型的指向是通过赋值来实现的, 也就代表这个指向可以修改, 意思就是上面的引用A可以指向另一块堆区内存的头部地址.

看个例子:

Human A = new Human();
Human B = new Human();

上面的两句代码就在Heap区分配了两块Human类型的内存, 并把它们的头部地址分别赋予两个不同的引用A 和 B

A = B;

再执行上面的语句, 意思就是把A指向了B保存的地址, 也就是说A 和 B 现在是指向同一块内存地址了.

但是, A原来指向的Heap区地址就消失了, 如果在C/C++ 中, 这就是明显的内存泄露. 但是Java中会自动把A原来的地址释放的.

1.3 超类的引用可以指向其子孙派生类的内存地址.

这个就是多态关键了.

看下面的例子:

package Object_kng.Ploy_kng;

class Human_1{
	private int id;
	private int name;
}

class Student_1 extends Human_1{
	private String school;
}

class Section_monitor_1 extends Student_1{
	private String subject;
}

public class Poly_1{
	public static void f(){
		Human_1 hm = new Human_1();
		Student_1 st = new Student_1();
		Section_monitor_1 sm = new Section_monitor_1();

		//st = hm;  //error
		//st = (Student_1)hm; //error (can pass the compilation, but will fail in excution)

		//ok
		hm = st; 	

		//ok
		hm = sm;
		//st = hm;  //error
		st = (Student_1)hm; //ok
	}
}

上面定义了3个业务类, 其中学生类继承 Human_1类, 而课代表类继承学生类.

在f() 函数中, 分别对上述3个类各实例化1个对象, 也就是3个引用 hm, st, sm分别具有了自己的指向.

接下来一句一句讲:

//st = hm;  //error
//st = (Student_1)hm; //error (can pass the compilation, but will fail in excution)

看上面两句, 首先 st = hm; 这句意识是把引用hm保存的头部地址赋给引用st.

注意, 这时st 和 hm属于不同的类. 但是hm所属的类Student_1 继承自 st所属的类 Human_1.

这一句会编译失败, 是因为多态中, 不允许派生类的引用指向超类的对象.

原因也不难理解:

首先可以看看Human_1 类, 有两个私有成员, Student_1 貌似只有1个私有成员, 但是因为继承关系, Student_1 会隐藏继承 Human_1的所有成员的. 只不过这里没有对Human_1的成员进行封装, 所以不能直接使用隐藏的成员.

因为隐藏也就是说超类对象内存肯定是小于等于其派生类的对象的.

可就是说应用类型st (Student_1) 类本身是可以直接或间接使用3个成员的(id, name, school), 而 hm本身指向的对象只有两个成员(id, name).

如果st指向h的对象地址, 那么当st使用school成员时, 就会在h对象内存里找不到school这个成员.

这个就是java里不允许派生类应用类型指向超类对象的原因.

如果按现实意义理解也可以:

st = hm 的意思就是把人类作为学生来处理, 这个肯定是不和常理的. 因为不是所有人类都是学生. 反过来就可以了.

st = (Student_1)hm;

这一句是把hm这个对象强制转换成Student_1类的新对象(注意hm对象本身并没有改变), 然后赋予st.

这一句是能通过编译的, 但是当执行时就会抛出异常:

[java] java.lang.ClassCastException: Object_kng.Poly_kng.Human_1 cannot be cast to Object_kng.Poly_kng.Student_1

java里不允许把超类对象转成派生类对象.... 也就是不是任意1个普通人类都能作为学生来看待了.

hm = st;

上面这句就是正确的, 意思是把引用hm 指向引用st 指向的对象.

也就是Human_1 的引用类型指向了他的子派生类的对象. 这是可以的.

因为派生类Student 隐藏继承了Human_1 的所有成员.

现实意义就是任意1个学生都可以作为人来看待.

hm = sm;
//st = hm;  //error
st = (Student_1)hm; //ok

这段就稍稍复杂, 首先把 hm 指向它的孙派生类的对象, 这个也没问题.

然后再执行

st = (Student_1)hm;

这一句在上面是错误的, 为何在这里是正确的呢.

因为上面的 hm当时是指向 Human_1 类的对象 . 而在这里hm 已经指向了 Section_monitor_1类的对象.

而把 Section_monitor_1对象转化成它的父超类 Student_1 是没问题的..

也就说任何1个科代表都可以被看作学生来看待嘛.

1.4 据引用指向不同类型对象, 可以调用不同方法

因为面向对象中, 派生类继承的方法是可以重写的. 两个继承关系的类里面分别有两个相同名字相同参数相同返回值的函数.

但是函数体可以是不同的.

下面的看下面的例子:

package Object_kng.Poly_kng;

class Human_2{
	public void print(){
		System.out.printf("it's Human\n");
	}
}

class Student_2 extends Human_2{
	public void print(){
		System.out.printf("it's Student\n");
	}
}

class Section_monitor_2 extends Student_2{
	public void print(){
		System.out.printf("it's Section_monitor\n");
	}
}

public class Poly_2{
	public static void f(){
		Human_2 hm = new Human_2();
		Student_2 st = new Student_2();
		Section_monitor_2 sm = new Section_monitor_2();

		hm.print();
		hm = st;
		hm.print();
		hm = sm;
		hm.print();
	}
}

上面一样定义了3个类... 他们是继承关系

这3个类都有1个print 方法. 其中 Studnet_2类重写了 Human_2 的print方法.. Section_monitor_2 类重写了Student_2类的print 方法

在接下来的f() 函数中.

根据引用hm指向的不同,
hm.print() 分别执行的是3个不同类的方法:

输出:

     [java] it's Human
     [java] it's Student
     [java] it's Section_monitor

这个就是多态的最重要的特性之一了.

二, 多态的一个简单应用.

接下来就利用上面的特征作1个简单的应用.

class Human_3{
	private int id;
	private String name;	

	public Human_3(int id,String name){
		this.id = id;
		this.name = name;	
	}	

	public String get_mem(){
		return "Human: " + id + "  " +  name;
	}
}

class Student_3 extends Human_3{
	public Student_3(int id, String name){
		super(id,name);	
	}

	public String get_mem(){
		return "student: " + super.get_mem();
	}
}



class Section_monitor_3 extends Student_3{
	public Section_monitor_3(int id, String name){
		super(id,name);	
	}

	public String get_mem(){
		return "section_monitor: " + super.get_mem();
	}
}

public class Poly_3{
	public static String extend_mem(Human_3 hm){
		java.util.Date now = new java.util.Date();
		java.text.DateFormat d1 = java.text.DateFormat.getDateInstance();
						
		return d1.format(now) + ": " + hm.get_mem();	
	}

	public static void print(){
		Human_3 hm = new Human_3(1,"Jack");
		Student_3 st = new Student_3(2,"Dick");
		Section_monitor_3 sm = new Section_monitor_3(3,"Cindy");	

		System.out.printf("%s\n",extend_mem(hm));
		System.out.printf("%s\n",extend_mem(st));
		System.out.printf("%s\n",extend_mem(sm));

	}
}

上面一样定义了那个3个类, 而且具有两个成员, 进行了简单的封装...

每个类都有1个get_mem()函数, 返回不同的字符串.

现在需要1个函数, 为每1个类的get_mem()返回值前增加1个日期字符串:

利用多态技术:

可以简单地定义1个 extend_mem() 函数, 参数是超类的对象.

那么这个函数就可以根据参数的不同类型而调用不同对象的 get_mem()函数.

如果没有多态技术, 就必须根据参数的类型不同而写上3个函数了.

这个还不是最重要的, 假如以后第三个类以后还再派生出第4个类, 那么这个函数一样适用不必改写.

也就是说多态可以实现面向对象程序的扩展性, 这个就是多态最重要的意义.