Java三大特性之多态详解

概述

引入

多态是继封装、继承之后，面向对象的第三大特性。 生活中，比如跑的动作，小猫、小狗和大象，跑起来是不一样的。再比如飞的动作，昆虫、鸟类和飞机，飞起来也是不一样的。可见，同一行为，通过不同的事物，可以体现出来的不同的形态。多态，描述的就是这样的状态。

定义

多态： 是指同一行为，具有多个不同表现形式。

多态的体现

多态体现的格式：

父类类型 变量名 = new 子类对象； 变量名.方法名();

父类类型：指子类对象继承的父类类型，或者实现的父接口类型。 代码如下：

Fu f = new Zi();
f.method();

当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误；如果有，执行的是子类重写后方法。 代码如下： 定义父类：

public abstract class Animal {
   public abstract void eat();
}

定义子类：

class Cat extends Animal {
   public void eat() {
       System.out.println("吃鱼??");
   }
}
class Dog extends Animal {
   public void eat() {
       System.out.println("吃骨头??");
   }
}

定义测试类：

public class Test {
   public static void main(String[] args) {
       // 多态形式，创建对象
       Animal a1 = new Cat();
       // 调用的是 Cat 的 eat
       a1.eat();
       // 多态形式，创建对象
       Animal a2 = new Dog();
       // 调用的是 Dog 的 eat
       a2.eat();
   }
}

多态的好处

实际开发的过程中，父类类型作为方法形式参数，传递子类对象给方法，进行方法的调用，更能体现出多态的扩展性与便利。代码如下： 定义父类：

public abstract class Animal {
   public abstract void eat();
}

定义子类：

class Cat extends Animal {
   public void eat() {
       System.out.println("吃鱼??");
   }
}
class Dog extends Animal {
   public void eat() {
       System.out.println("吃骨头??");
   }
}

定义测试类：

public class Test {
   public static void main(String[] args) {
       // 多态形式，创建对象
       Cat c = new Cat();
       Dog d = new Dog();
       // 调用showCatEat
       showCatEat(c);
       // 调用showDogEat
       showDogEat(d);
       /**
       以上两个方法, 均可以被showAnimalEat(Animal a)方法所替代
       而执行效果一致
       */
       showAnimalEat(c);
       showAnimalEat(d);
   }
   public static void showCatEat (Cat c){
       c.eat();
   }
   public static void showDogEat (Dog d){
       d.eat();
   }
   public static void showAnimalEat (Animal a){
       a.eat();
   }
}

由于多态特性的支持，showAnimalEat方法的Animal类型，是Cat和Dog的父类类型，父类类型接收子类对象，当然可以把Cat对象和Dog对象，传递给方法。 当eat方法执行时，多态规定，执行的是子类重写的方法，那么效果自然与showCatEat、showDogEat方法一致， 所以showAnimalEat完全可以替代以上两方法。 不仅仅是替代，在扩展性方面，无论之后再多的子类出现，我们都不需要编写showXxxEat方法了，直接使用 showAnimalEat都可以完成。 所以，多态的好处，体现在，可以使程序编写的更简单，并有良好的扩展。

引用类型转换

多态的转型分为向上转型与向下转型两种：

向上转型

向上转型：多态本身是子类类型向父类类型向上转换的过程，这个过程是默认的。 当父类引用指向一个子类对象时，便是向上转型。 使用格式：

父类类型 变量名 = new 子类类型(); 如：Animal a = new Cat();

向下转型

向下转型：父类类型向子类类型向下转换的过程，这个过程是强制的。 一个已经向上转型的子类对象，将父类引用转为子类引用，可以使用强制类型转换的格式，便是向下转型。 使用格式：

子类类型 变量名 = (子类类型) 父类变量名; 如:Cat c =(Cat) a;

为什么要转型

当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误。也就是说，不能调用子类拥有，而父类没有的方法。编译都错误，更别说运行了。这也是多态给我们带来的一点"小麻烦"。所以，想要调用子类特有的方法，必须做向下转型。 转型演示，代码如下： 定义类：

abstract class Animal {
   abstract void eat();
}
class Cat extends Animal {
   public void eat() {
       System.out.println("吃鱼??");
   }
   public void catchMouse() {
       System.out.println("抓老鼠??");
   }
}
class Dog extends Animal {
   public void eat() {
       System.out.println("吃骨头??");
   }
   public void watchHouse() {
       System.out.println("看家??");
   }
}

定义测试类：

public static void main(String[] args) {
   // 向上转型
   Animal a = new Cat();
   a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat
   // 向下转型
   Cat c = (Cat)a;
   c.catchMouse(); // 调用的是 Cat 的 catchMouse
}

转型的异常

转型的过程中，一不小心就会遇到这样的问题，请看如下代码：

public class Test {
   public static void main(String[] args) {
       // 向上转型
       Animal a = new Cat();
       a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat
       // 向下转型
       Dog d = (Dog)a;
       d.watchHouse(); // 调用的是 Dog 的 watchHouse 【运行报错】
   }
}

这段代码可以通过编译，但是运行时，却报出了 ClassCastException ，类型转换异常！这是因为，明明创建了Cat类型对象，运行时，当然不能转换成Dog对象的。这两个类型并没有任何继承关系，不符合类型转换的定义。为了避免ClassCastException的发生，Java提供了 instanceof 关键字，给引用变量做类型的校验，格式如下：

变量名 instanceof 数据类型 如果变量属于该数据类型，返回true。 如果变量不属于该数据类型，返回false。

所以，转换前，我们最好先做一个判断，代码如下：

public class Test {
   public static void main(String[] args) {
   // 向上转型
       Animal a = new Cat();
       a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat
       // 向下转型
       if (a instanceof Cat){
           Cat c = (Cat)a;
           c.catchMouse(); // 调用的是 Cat 的 catchMouse
       } else if (a instanceof Dog){
           Dog d = (Dog)a;
           d.watchHouse(); // 调用的是 Dog 的 watchHouse
       }
   }
}

来源：https://juejin.cn/post/7153062744193777677