java多态

 说来惭愧, 使用java编程已经有一个多年头了,突然被 “ 如何从jvm的角度来解释Java多态?”问的有点懵逼了!!!

羞愧过后, 又不禁对这个问题(内里乾坤大)感到好奇。下面经过我的多方调查,调查结果如下:

首先,我们先对Java的多态说起:

多态分为两种

a. 编译时多态:方法的重载;

      ps: 添加一句《深入理解java虚拟机》上看到的话:编译器虽然能确定方法的重载版本,但是在很多情况下这个重载版本并不是唯一的,往往只能确认一个“更加合适的版本”、

b. 运行时多态:JAVA运行时系统根据调用该方法的实例的类型来决定选择调用哪个方法则被称为运行时多态。(我们平时说得多的事运行时多态,所以多态主要也是指运行时多态);


2.运行时多态

a. 面向对象的三大特性:封装、继承、多态。从一定角度来看,封装和继承几乎都是为多态而准备的。这是我们最后一个概念,也是最重要的知识点。

b. 多态的定义:指允许不同类的对象对同一消息做出响应。即同一消息可以根据发送对象的不同而采用多种不同的行为方式。(发送消息就是函数调用)

c. 实现多态的技术称为:动态绑定(dynamic binding),是指在执行期间判断所引用对象的实际类型,根据其实际的类型调用其相应的方法。

d. 多态的作用:消除类型之间的耦合关系。

e. 现实中,关于多态的例子不胜枚举。比方说按下 F1 键这个动作,如果当前在 Flash 界面下弹出的就是 AS 3 的帮助文档;如果当前在 Word 下弹出的就是 Word 帮助;在 Windows 下弹出的就是 Windows 帮助和支持。同一个事件发生在不同的对象上会产生不同的结果。

下面是多态存在的三个必要条件,要求大家做梦时都能背出来!

多态存在的三个必要条件
一、要有继承;
二、要有重写;
三、父类引用指向子类对象。

 多态的好处:

1.可替换性(substitutability)。多态对已存在代码具有可替换性。例如,多态对圆Circle类工作,对其他任何圆形几何体,如圆环,也同样工作。
2.可扩充性(extensibility)。多态对代码具有可扩充性。增加新的子类不影响已存在类的多态性、继承性,以及其他特性的运行和操作。实际上新加子类更容易获得多态功能。例如,在实现了圆锥、半圆锥以及半球体的多态基础上,很容易增添球体类的多态性。
3.接口性(interface-ability)。多态是超类通过方法签名,向子类提供了一个共同接口,由子类来完善或者覆盖它而实现的。如图8.3 所示。图中超类Shape规定了两个实现多态的接口方法,computeArea()以及computeVolume()。子类,如Circle和Sphere为了实现多态,完善或者覆盖这两个接口方法。
4.灵活性(flexibility)。它在应用中体现了灵活多样的操作,提高了使用效率。
5.简化性(simplicity)。多态简化对应用软件的代码编写和修改过程,尤其在处理大量对象的运算和操作时,这个特点尤为突出和重要。

可见,当父类引用指向子类对象的时候,对父类中方法的调用都会绑定到子类中重写后的方法上,如果子类没有对方法进行重写,那么会直接调用父类中的方法,相当于是直接调用从父类继承的方法。

还需要注意的一点是:子类在重写父类的方法时,方法的访问权限不能更低!

 

 

好, 卡,我想看到这儿,java多态就已经想起来了吧。

下面我们来通过jvm来探讨java多态的秘密:

众所周知,java属于半解释性语言,不同于类似python解释性语言,java需要先通过编译成class类文件,才能被jvm识别。

上面说过,我们一般所说的多态是指的运行时多态,即在虚拟机类加载时候体现出来的。

由于: Java语言是一门静态多分派,动态单分派的语言。

 

 

Father son = new Son();

其中: Father son 是静态类型, new Son()是动态类型;

Java语言多态的秘密可以有jvm虚拟机指令: invokevirtual指令来解释。

invokevirtual指令多态查找:

1. 找到操作数栈栈顶的第一个元素所指向对象的实际类型,记为C;(确定方法接收者的实际类型,即动态类型);

2.如果在类型C中找到与常量池中描述符和简单名称都相互的方法,则进行访问权限校验,如果通过则返回方法的直接引用,查找过程结束;如果不通过,则返回java.lang.IllegalAccessErro;

3.否则,按照继承关系从下往上依次对c的各个父类进行第二步的搜索与验证过程;

4.如果始终没有找到合适的方法,则抛出java.lang.AbstractMethodError;

 

由于动态分派是非常频繁的动作,最常用的“稳定优化”手段就是在方法区建立一个虚方法表。

          推荐一下这篇博客,可以看做是虚方法表的建立过程:

  

 

### Java 多态的概念 Java 中的多态是指同一个接口或类可以有多种不同的实现方式。它允许程序在运行时决定调用哪个方法,从而提高代码的灵活性和可扩展性。多态的核心机制依赖于继承、重写以及动态绑定。 #### 动态绑定 当子类覆盖父类的方法时,在运行期间会根据对象的实际类型来决定执行哪一个版本的方法[^1]。这是多态的关键特性之一。 ### 实现多态的方式 Java多态可以通过以下两种主要形式实现: 1. **方法重写(Override)** 2. **接口实现** 以下是具体示例说明如何利用 `instanceof` 运算符避免潜在异常并展示多态的应用场景。 --- ### 示例代码:Java 多态的具体应用 下面是一个完整的例子,展示了如何通过多态性和 `instanceof` 来处理不同类型的对象实例。 ```java // 定义一个基类 Animal class Animal { void makeSound() { System.out.println("Some generic sound"); } } // 子类 Dog 继承自 Animal 并重写了 makeSound 方法 class Dog extends Animal { @Override void makeSound() { System.out.println("Bark"); } // 额外的功能只属于狗 void fetchStick() { System.out.println("Fetching stick..."); } } // 子类 Cat 继承自 Animal 并重写了 makeSound 方法 class Cat extends Animal { @Override void makeSound() { System.out.println("Meow"); } // 额外的功能只属于猫 void climbTree() { System.out.println("Climbing tree..."); } } public class PolymorphismExample { public static void main(String[] args) { // 创建多个动物对象并通过向上转型存储它们 Animal myDog = new Dog(); Animal myCat = new Cat(); // 调用各自的 makeSound 方法 myDog.makeSound(); // 输出 Bark myCat.makeSound(); // 输出 Meow // 如果需要访问特定子类功能,则需使用 instanceof 和强制转换 if (myDog instanceof Dog) { ((Dog) myDog).fetchStick(); // 正确调用了 Dog 类中的特有方法 } if (myCat instanceof Cat) { ((Cat) myCat).climbTree(); // 正确调用了 Cat 类中的特有方法 } Object cValue = 42; // 假设我们有一个未知类型的变量 // 判断其实际类型并打印相应消息 System.out.println("The type of value is " + (cValue instanceof Double ? "Double" : (cValue instanceof Integer ? "Integer" : "Unknown"))); // 输出 Integer [^2] } } ``` 上述代码片段中: - 我们定义了一个通用的 `Animal` 类作为超类。 - 然后创建两个派生类 `Dog` 和 `Cat`,分别实现了自己的行为逻辑。 - 在主函数里演示了即使将这些对象赋给更广泛的父类引用 (`Animal`),仍然能够正确表现出各自的行为特征——这就是所谓的“编译看声明类型, 执行找真实类型”。 另外还加入了关于 `instanceof` 关键字使用的部分,用于确认某个对象的确切类别以便安全地进行向下造型操作而不会引发 ClassCastException 错误。 --- ###
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