【Java16】多态

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#java #开发语言 #面向对象

向上类型转换

对于引用变量，在程序中有两种形态：一种是编译时类型，这种引用变量的类型在声明它的时候就决定了；另一种则是运行时类型，这种变量的类型由实际赋给它的对象决定。

当一个引用变量的编译时类型和运行时类型不一致时，就出现了多态（Polymorphism）

对面向对象语言来说，所有的对象（Object），或者说类的实例，本质上都是引用变量。因此，多态最主要就是针对对象来说的：声明时引用变量指向的对象的类型，和运行时引用变量指向的对象的类型不一致。

在这里插入图片描述

class BaseClass
{
  public int book = 6;
  public void base()
  {
    System.out.println("父类的普通方法");
  }
  public void test()
  {
    System.out.println("父类被覆盖的方法");
  }
}

public class SubClass extends BaseClass
{
  // 覆盖
  public String book = "Java疯狂讲义"; // 同名实例
  public void test()
  {
    System.out.println("子类的覆盖父类的方法");
  }
  public void sub()
  {
    System.out.println("子类的普通方法");
  }
  public static void main(String[] args)
  {
    var bc = new BaseClass(); // 声明一个BaseClass的对象，编译时和运行时的类型一致，不存在多态
    System.out.println(bc.book); // 6
    bc.base(); // 父类的方法
    bc.test(); // 父类的方法
    //-------------
    var sc = new SubClass(); // 声明一个SubClass的对象，同样不存在多态
    System.out.println(sc.book); // 子类实例变量覆盖了父类的实例变量，输出"Java疯狂讲义"
    sc.base(); // 子类方法覆盖了父类的方法
    sc.test(); // 子类的普通方法
    //-------------
    BaseClass polymophicBC = new SubClass(); // 编译时类型是BaseClass，运行时类型是SubClass，发生了多态
    System.out.println(polymophicBC.book); // 输出6，是父类的实例变量
    polymophicBC.base(); // 执行父类的base方法
    polymophicBC.test(); // 执行当前类，也就是运行时类型SubClass的test方法
    // polymophicBC的编译时类型是BaseClass，没有提供sub方法
    // 因此调用sub方法时会出现编译错误
    // polymophicBC.sub();
  }
}

28~31行是标准的对象的声明与使用；
33~36行是标准的继承；
38~41行出现了多态。

对变量polymophicBC来说，编译时类型是BaseClass（声明语句左端），运行时类型是SubClass（声明语句右端）。

把一个子类对象赋给一个父类引用变量，在这个过程中发生了什么？

类型转换。

多态在Java中实现的机制就是把子类对象赋值给父类引用变量，这实际上就是一种类型装换，具体也叫向上转型（up-casting）。这种类型转换由系统自动完成。

从声明语句左边来看：

BaseClass bc = new BaseClass();
BaseClass polymophicBC = new SubClass();

bc和polymophicBC都是BaseClass引用类型，但是它俩在执行同名函数test()时却产生了不同的结果。这种调用同一个方法却出现不同行为特征的现象，就是多态。

多态机制下，父类引用变量在运行时总是调用子类的方法，也就是说呈现出子类的行为特征而不是父类的行为特征。

对象的实例变量不具有多态性。

第39行，book仍然是父类的实例变量。

引用变量在编译阶段只能调用其编译时类型拥有的方法，但是在运行时可以执行其运行时类型拥有的方法。

第44行，BaseClass不具有sub()方法，因此不能调用，发生编译错误；
但第41行，BaseClass具有test()方法，因此可以调用，且在运行时执行的是SubClass的同名方法。

使用var时，并不能改变编译时类型，因此也可能会发生多态：

var v1 = new SubClass(); // 自动推断是SubClass，没有多态
var v2 = polymophicBC(); // 赋值，v2自动推断是BaseClass
// 此时调用sub方法，遵照多态机制，会发生编译错误
// v2.sub();

强制类型转换

按照上面规则，引用变量只能调用编译时类型拥有的方法，即使它的运行时类型对象实际上包含了远不止这些方法。

如何让这个引用变量调用运行时类型所拥有的方法呢？

既然普通的多态依赖的是向上转型，即把子类对象赋给父类引用变量，类似于我们把double基本变量赋给float。那么也可以反过来，执行强制类型转换。

强制类型转换借助类型转换运算符，和C++类似，就是()。

类型转换运算符可以实现基本类型之间的转型，也能实现引用变量的转型。

请注意，强制类型转换不是万能的，受到如下约束：

基本类型之间转型只能在数值类型中进行（整数型、字符型、浮点型）。数值型和布尔型之间不能转换（C++中是可以的）。
引用类型转换只能在具有继承关系（直接继承或间接继承都行）的类型之间进行。

强制类型转换在这里，就是把父类实例转换为子类类型。即其编译时类型是父类类型，运行时类型是子类类型。这时候可以使用强制类型转换。

public class ConversionTest
{
  public static void main(String[] args)
  {
    var d = 13.4; // float
    var l = (long) d; // 强制类型转换
    //------
    var in = 5; // int
    // var b = (boolean) in; // 错误，数值型不能转换为布尔型
    //------
    Object obj = "Hello"; // 向上转型，"Hello"是String，是Object的子类。这实际上就是多态，只不过这时候obj不能执行String拥有的方法
    var objStr = (String) obj; // 强制类型转换，父类/基类和子类，正常
    System.out.println(objStr); // 做为String类型输出
    //------
    Object objPri = Integer.valueOf(5); // 向上转型，运行时类型是Integer
    var in = (Integer) objPri; // 强制类型转换，基类和子类，正常
    // var str = (String) objPri; // objPri运行时时Integer，和String不存在继承关系，运行时会报错（类型转换异常，ClassCastException）
  }
}

再解读一下第12行：

对objStr，虽然使用了var，但由于使用了强制类型转换符(String)，自动推断它是String类型；
此时obj是Object类型；
因此，将obj赋值给objStr，实际上是把父类对象赋值给子类引用变量，这就和之前的upcasting正好相反，我们也可以称之为downcasting

小结

把子类对象（右）赋给父类引用变量（左）时，触发向上转型，这种转型是自动的、总是成功的。这种转型表明这个引用变量编译时是父类类型，运行时是子类类型。它表现出的是子类的行为方式，但是编译时不能调用子类的方法。同时，实例变量仍然是父类的。
使用强制类型转换可以把一个引用变量转换成其子类类型。这种转换必须是显式的，而且不一定成功（若两端不存在继承关系）。

instanceof

使用instanceof运算符可以判断是否可以执行类型转换，以避免出现ClassCastException：

if (objPri instanceof String)
{
  var str = (String) objPri;
}

instanceof用来判断前面的对象是否是后面的类或者其子类的实例，是的话返回true，否则返回false。

在Java 17中，为instanceof增加了快捷用法，来简化上面的判断代码块：

// 传统instanceof，先判断，再转换，最后使用
if (obj instanceof String) // 先判断
{
  var s = (String) obj; // 再转换
  System.out.println(s.toUpperCase()); // 最后使用
}

// Java 17的模式匹配，同时完成判断和类型转换
if (obj instanceof String s)
{
  System.out.println(s.toUpperCase());
}