Java面向对象与多态

目录

Java面向对象与多态

多态介绍

形成多态的前提

多态下成员访问的特点

成员变量

成员方法

访问特点总结

多态对比普通继承

普通继承优点与缺点

多态优点与缺点

向上转型与向下转型

向下转型存在的问题

多态+接口练习

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Java面向对象与多态

多态介绍

在前面学习到的接口和继承中，如果父类只能使用父类的方法，子类可以使用父类和自己的方法，但是有时需要使用父类调用子类重写的父类方法，上面的思路就不再合适，此时就可以使用多态。

多态的特点：使用父类引用指向子类的对象，此时父类可以调用子类重写父类的方法，但是调不到子类特有的成员

形成多态的前提

使用多态需要保证四点：

1. 保证存在继承（包括接口与实现类）关系
2. 子类重写了父类中非私有的方法
3. 父类引用指向子类对象
4. 父类引用调用子类重写的父类方法

例如下面的代码：

// 父类
public abstract class Base {public abstract void method();
}// 子类
public class Derived extends Base{// 重写父类的抽象方法@Overridepublic void method() {System.out.println("子类重写父类的方法");}
}// 测试
public class Test {public static void main(String[] args) {// 父类引用指向子类对象Base base = new Derived();base.method();// 调用重写的方法}
}

多态下成员访问的特点

成员变量

实现多态后，因为是父类引用，所以只能访问到子类与父类共用的成员

// 父类
public abstract class Base {// 父类成员public int numBase;public Base(int numBase) {this.numBase = numBase;}
}// 子类
public class Derived extends Base{public int numDerived;public Derived(int numBase, int numDerived) {super(numBase);this.numDerived = numDerived;}
}// 测试
public class Test {public static void main(String[] args) {// 父类引用指向子类对象Base base = new Derived(10, 20);System.out.println(base.numBase);// 访问父类属性
//        System.out.println(base.numDeried); // 无法访问子类属性}
}

成员方法

多态出现的意义就是父类引用可以访问到子类的方法，但是只能访问到子类重写的父类方法

// 父类
public abstract class Base {public abstract void method();
}// 子类
public class Derived extends Base{// 重写父类的抽象方法@Overridepublic void method() {System.out.println("子类重写父类的方法");}// 子类特有方法public void methodDerived(){System.out.println("子类特有方法");}
}// 测试
public class Test {public static void main(String[] args) {// 父类引用指向子类对象Base base = new Derived(10, 20);base.method();// 调用重写的方法
//        base.methodDerived(); // 无法访问子类特有方法}
}

访问特点总结

1. 访问成员变量时：看赋值符号左侧是子类还是父类，如果是父类，调用就是父类成员变量，否则调用的是子类成员变量
2. 访问成员方法时：看new的是哪一个对象，如果是子类，则访问的是子类中的成员方法（多态时访问的子类重写后的成员方法），否则访问的就是父类自己的成员方法

多态对比普通继承

普通继承优点与缺点

• 普通继承优点：

赋值符号左右两边类型相等，调用时父类只能访问自己的成员，子类可以访问和父类共有的成员以及自己特有的成员

• 普通继承的缺点：

可扩展性差

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例如下面的代码：

// 父类
public abstract class Base {public abstract void methodBase();
}// 子类1
public class Derived1 extends Base{@Overridepublic void methodBase() {System.out.println("Derived1重写父类方法");}
}// 子类2
public class Derived2 extends Base{@Overridepublic void methodBase() {System.out.println("Derived2重写父类的方法");}
}

在普通的继承中，当子类想调用自己重写后的方法需要按照下面的方式进行：

public class Test {public static void main(String[] args) {Derived1 derived1 = new Derived1();Derived2 derived2 = new Derived2();// 调用重写的方法derived1.methodBase();derived2.methodBase();}
}

如果此时需要将两个对象作为函数的参数，就需要写两个函数，例如：

// 测试
public static void test(Derived1 derived1)
{derived1.methodBase();
}public static void test(Derived2 derived2)
{derived2.methodBase();
}

如果子类非常多，则需要覆盖的测试函数就会变多，从而导致可扩展性差

多态优点与缺点

• 多态优点：

因为父类可以访问到子类重写的方法，所以只需要在测试参数处写为父类引用即可，可扩展性强

• 多态缺点：

因为创建的是子类对象，所以只能访问子类和父类共有的成员以及子类重写父类的方法

实际上，多态出现的目的就是为了解决前面普通继承的缺点，所以多态自身的缺点可以忽略

例如，上面的测试代码就可以修改为：

public class Test {public static void main(String[] args) {Derived1 derived1 = new Derived1();Derived2 derived2 = new Derived2();test(derived1);test(derived2);}// 测试public static void test(Base base){base.methodBase();}
}

此时因为参数的base是父类引用，而接收到的实参指向子类引用，所以实参传递给形参即父类引用指向子类引用

向上转型与向下转型

向上转型：父类引用指向子类对象，即多态

向下转型：指向子类对象的父类引用转换为子类引用，向下转型可以解决部分情况下需要调用子类特有的成员，使用强制转换的方式可以实现向下转型，例如下面的代码：

public class Test {public static void main(String[] args) {// 向上转型Base base = new Derived1();base.methodBase();// 向下转型Derived1 derived1 = (Derived1) base;derived1.methodDerived1(); // 调用子类特有的方法derived1.methodBase(); // 调用父类的方法}
}

向下转型存在的问题

向下转型之前的引用是父类引用，此时给对应的子类引用没有任何问题。但是如果给另一个子类就会出现ClassCastException

例如下面的代码，先展示正常情况下的向上转型：

// 父类
public abstract class Base {public abstract void methodBase();
}// 子类1
public class Derived1 extends Base{@Overridepublic void methodBase() {System.out.println("Derived1重写父类方法");}// 子类特有方法public void methodDerived1() {System.out.println("Derived1特有方法");}
}// 子类2
public class Derived2 extends Base{@Overridepublic void methodBase() {System.out.println("Derived2重写父类的方法");}// 子类特有方法public void methodDerived2() {System.out.println("Derived2特有方法");}
}// 测试
public class Test {public static void main(String[] args) {Base base1 = new Derived1();Base base2 = new Derived2();// 向上转型test(base1);test(base2);}public static void test(Base base){base.methodBase();}
}

接着展示向下转型：

public static void test(Base base)
{// 向下转型Derived1 derived1 = (Derived1) base;derived1.methodDerived1(); // 调用子类特有的方法
}

上面的代码当base接收的是Derive1的对象，则没有任何问题，因为引用也是Derive1类的引用，但是如果base是Derive2的对象，此时就会出现异常，下面是报错信息：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.epsda.advanced.cmp_extends_polymorphic.Derived2 cannot be cast to com.epsda.advanced.cmp_extends_polymorphic.Derived1at com.epsda.advanced.cmp_extends_polymorphic.Test.test(Test.java:33)at com.epsda.advanced.cmp_extends_polymorphic.Test.main(Test.java:17)

所以，为了避免出现这种问题，再进行向下转型前需要先判断当前类型是否与引用类型匹配，可以使用instanceof关键字，使用方式如下：

对象 instanceof 目标类

所以上面的测试代码可以修改为：

public static void test(Base base)
{// 向下转型+判断if(base instanceof Derived1) {Derived1 derived1 = (Derived1) base;derived1.methodDerived1(); // 调用子类特有的方法}else {Derived2 derived2 = (Derived2) base;derived2.methodDerived2(); // 调用子类特有的方法}
}

多态+接口练习

案例：

定义笔记本类，具备开机，关机和使用USB设备的功能。具体是什么USB设备，笔记本并不关心，只要符合USB规格的设备都可以。鼠标和键盘要想能在电脑上使用，那么鼠标和键盘也必须遵守USB规范，不然鼠标和键盘的生产出来无法使用

进行描述笔记本类，实现笔记本使用USB鼠标、USB键盘

• USB接口，包含开启功能、关闭功能
• 笔记本类，包含运行功能、关机功能、使用USB设备功能
• 鼠标类，要符合USB接口
• 键盘类，要符合USB接口

参考代码：

// 笔记本类
public class Laptop{// 开机方法public void startCom() {System.out.println("笔记本开机");}// 关机方法public void shutdownCom() {System.out.println("笔记本关机");}public void setUsbStart(USB usb) {usb.startUSB();}public void setUsbShutdown(USB usb) {usb.shutdownUSB();}
}// USB接口
public interface USB {// USB开机public abstract void startUSB();// USB关机public abstract void shutdownUSB();
}// 鼠标类
public class Mouse implements USB{@Overridepublic void startUSB() {System.out.println("鼠标插上");}@Overridepublic void shutdownUSB() {System.out.println("鼠标拔下");}
}// 键盘类
public class Keyboard implements USB{@Overridepublic void startUSB() {System.out.println("键盘插上");}@Overridepublic void shutdownUSB() {System.out.println("键盘拔下");}
}// 测试类
public class Test {public static void main(String[] args) {USB mouse = new Mouse();USB keyboard = new Keyboard();Laptop laptop = new Laptop();laptop.startCom();laptop.setUsbStart(mouse);laptop.setUsbStart(keyboard);laptop.setUsbShutdown(mouse);laptop.setUsbShutdown(keyboard);laptop.shutdownCom();}
}输出结果：
笔记本开机
鼠标插上
键盘插上
鼠标拔下
键盘拔下
笔记本关机