Java中怎么實現多態

這篇文章將為大家詳細講解有關Java中怎么實現多態，文章內容質量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關知識有一定的了解。

多態

多態就是指程序中定義的引用變量所指向的具體類型和通過該引用變量發出的方法調用在編程時并不確定，而是在程序運行期間才確定，即一個引用變量到底會指向哪個類的實例對象，該引用變量發出的方法調用到底是哪個類中實現的方法，必須在由程序運行期間才能決定。

因為在程序運行時才確定具體的類，這樣，不用修改源程序代碼，就可以讓引用變量綁定到各種不同的類實現上，從而導致該引用調用的具體方法隨之改變，即不修改程序代碼就可以改變程序運行時所綁定的具體代碼，讓程序可以選擇多個運行狀態，這就是多態性。

多態的定義和存在的必要條件

多態的定義：

多態是指同一個行為具有多個不同表現形式或形態的能力。

多態就是同一個接口，使用不同的實例而執行不同操作。

就舉動物類的例子吧，cat和dog都是屬于動物這一類，而動物呢，都有一個共同的行為就是吃吧，而不同的動物所吃的食物都大不相同吧！

貓呢，它喜歡吃魚！

而對于狗呢，它就比較喜歡啃骨頭！

所以多態就是對于吃這一行為來說，每種動物對吃這一行為所表現的行為都不盡相同。

多態存在的三個必要條件

1.繼承或者實現

在多態中必須存在有繼承或者實現關系的子類和父類。

2.方法的重寫

子類對父類中某些方法進行重新定義（重寫），在調用這些方法時就會調用子類的方法。

3.基類引用指向派生類對象，即父類引用指向子類對象

父類類型：指子類對象繼承的父類類型，或者實現的父接口類型。

多態的格式：

父類類型 變量名 = new 子類類型();
變量名.方法名();

多態格式可以充分體現了同一個接口，使用不同的實例而執行不同操作。

接下來我們具體來進行案例體會體會吧！

多態的案例

多態我們首先要知道的一點：

當使用多態方式調用方法時，首先檢查父類中是否有該方法，如果沒有，則編譯錯誤；如果有，執行的是子類重寫后方法。如果子類沒有重寫該方法，就會調用父類的該方法。

總結起來就是：編譯看左邊，運行看右邊。

首先我們先定義一個父類動物類，動物有吃的行為！

接著定義一個貓類和狗類去繼承動物類，重寫里面的吃行為！

具體代碼如下：

定義動物父類：

package com.nz.pojo;
/**
 * 先定義一個父類 --> 動物類
 * 動物都有一個吃的行為屬性
 */
public class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("動物它們都會吃東西！！！");
    }
}

定義貓咪子類：

package com.nz.pojo;
/**
 * 定義貓類繼承動物類，
 * 隨之重寫里面的吃行為，因為貓也有吃的行為，但是貓喜歡吃罐頭
 */
public class Cat extends Animal{
    public void eat() {
        System.out.println("小喵咪都喜歡吃魚罐頭！");
    }
}

定義小狗子類：

package com.nz.pojo;
/**
 * 定義狗類繼承動物類，
 * 隨之重寫里面的吃行為，因為狗也有吃的行為，但是狗喜歡啃骨頭
 */
public class Dog extends Animal{
    public void eat() {
        System.out.println("小狗狗都愛啃骨頭！");
    }
}

定義測試類，測試多態的形式：

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
import com.nz.pojo.Dog;
/**
 * 測試多態的形式
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 多態形式，創建貓類對象
        Animal animal = new Cat();
        // 調用的是Cat的 eat
        animal.eat();
        // 多態形式，創建狗類對象
        Animal animal2 = new Dog();
        // 調用的是Dog的eat
        animal2.eat();
    }
}

得到的結果：

小喵咪都喜歡吃魚罐頭！
小狗狗都愛啃骨頭！

類的大致結構：

可以看出我們可以使用多態的屬性得到不同的動物的一個吃的行為屬性！

多態的好處

提高了代碼的拓展性，使用父類類型作為方法形式參數，傳遞子類對象給方法，進行方法的調用。

具體我們來看看吧：

繼續使用上述的動物類、貓類、狗類吧。

定義測試類：

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
import com.nz.pojo.Dog;
/**
 * 測試多態的好處
 */
public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 創建貓和狗對象
        Cat cat = new Cat();
        Dog dog = new Dog();
        // 調用catEat
        catEat(cat);
        // 調用dogEat
        dogEat(dog);
		/*
        多態的好處:
            以上各個動物的吃的方法, 我們都可以使用animalEat(Animal a)方法來代替。
            并且執行效果都一樣, 所以我們可以使用animalEat直接替代了不同動物的吃方法。
        */
        animalEat(cat);
        animalEat(dog);
    }
    /*
        定義幾個不同吃的方法，看看具體調用后的結果是什么吧！
     */
    public static void catEat (Cat cat){
        cat.eat();
    }
    public static void dogEat (Dog dog){
        dog.eat();
    }
    public static void animalEat (Animal animal){
        animal.eat();
    }
}

執行結果：

小喵咪都喜歡吃魚罐頭！
小狗狗都愛啃骨頭！
小喵咪都喜歡吃魚罐頭！
小狗狗都愛啃骨頭！

可以看出，由于多態的特性，我們的animalEat()方法傳入的Animal類型參數，并且它是我們的Cat和Dog的父類類型，父類類型接收子類對象，所以我們可以將Cat對象和Dog對象，傳遞給animalEat()方法。

所以我們可以完全使用animalEat()方法來替代catEat()方法和dogEat()方法，達到同樣的效果！以至于我們可以不必再單獨寫xxxEat()方法來傳入指定的動物參數了，從而實現了實現類的自動切換。

所以多態的好處體現在：可以使我們的程序編寫的更簡單，并有良好的擴展性。

多態的弊端

從上面的多態的好處，可以看到我們可以使用父類的參數代替了某個子類的參數，從而達到程序的擴展！

但是對于某個子類有些獨有的功能方法時，此時我們的多態的寫法就無法訪問子類獨有功能了。

具體來瞧瞧？

代碼如下：

重新定義下貓的子類：

package com.nz.pojo;
/**
 * 定義貓類繼承動物類，
 * 隨之重寫里面的吃行為，因為貓也有吃的行為，但是貓喜歡吃罐頭
 */
public class Cat extends Animal{
    public void eat() {
        System.out.println("小喵咪都喜歡吃魚罐頭！");
    }
    /**
     * 增加一哥貓咪特有的玩球方法（）
     */
    public void playBall() {
        System.out.println("小喵咪都喜歡小球！");
    }
}

定義測試類：

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
/**
 * 測試多態的弊端！
 */
public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Cat();
        animal.eat();
        animal.playBall();//編譯報錯，編譯看左邊，Animal沒有這個方法
    }
}

可以看到動物類和貓類有個共同的eat吃方法，但是呢，貓咪多了個玩球球的方法。而對于動物對象來說，它本身動物類沒有玩球球的方法，所以它的編譯就直接沒有通過了！

那有什么方法解決呢？且看下一章節吧！

引用類型轉換

1. 引用類型轉換是什么，為什么需要它？

從上面的多態的弊端的案例中，我們可以看到，我們使用動物對象時無法直接訪問到貓類中的玩球球方法，這也就是我們之前說的編譯看左邊，運行看右邊。

而在我們使用多態方式調用方法時，首先檢查會左邊的父類中是否有該方法，如果沒有，則編譯錯誤。也就代表著，父類無法調用子類獨有的方法。、

所以說，如果編譯都錯誤，更別說運行了。這也是多態給我們帶來的一點小困擾，而我們如果想要調用子類特有的方法，必須做向下轉型。

2. 向上轉型（自動轉換）

對于向下轉型，我們先來講解下向上轉型的概念吧。

向上轉型：

多態本身是子類向父類向上轉換（自動轉換）的過程，這個過程是默認的。當父類引用指向一個子類對象時，便是向上轉型。

對于父類和子類的關系來說，具體來看圖說話：

父類相對與子類來說是大范圍的類型，Animal是動物類，是父類。而Cat是貓咪類，是子類。

所以對于父類Animal來說，它的范圍是比較大的，它包含一切動物，包括貓咪類和小狗類。

所以對于子類類型這種范圍小的，我們可以直接自動轉型給父類類型的變量。

使用格式：

父類類型 變量名 = new 子類類型();
如：Animal animal = new Cat();
相當于有：
Animal animal = (Animal) new Cat();

相當于自動幫我們了一個隱形的轉換為動物類的一個過程，因為動物本身就包含了貓咪。

3. 向下轉型（強制轉換）

向上轉型可以知道它是子類自動轉換為父類的一個過程，所以我們現在再來看看向下轉型的定義：

向下轉型：

向下轉型就是由父類向子類向下轉換的過程，這個過程是強制的。一個需要將父類對象轉為子類對象，可以使用強制類型轉換的格式，這便是向下轉型。

為什么這種就必須自己強制加上一個類型轉換過程呢？

對于父類和子類的關系來說，我們接著看圖說話：

對于貓咪類的話，它在動物類中只是其中的一部分吧，而對于動物類來說，它有許多其他子類動物如狗，牛，豬等等。

所以對于動物父類想要向下轉型的時候， 它此時不知道指向那個子類，因為不確定呀，所以就必須自己加上強制的類型轉換的一個過程。

使用格式：

子類類型 變量名 = (子類類型) 父類變量名;
如:
Animal animal = new Cat();
Cat cat = (Cat) animal;
cat.playBall();// 此時我們就可以使用貓咪的特有方法啦

所以對于多態的弊端，無法使用子類特有的參數，我們也解決啦，可以通過向下轉型的方法，從而將類型強制轉換為某個子類對象后，再去調用子類的特有方法！

4. 向下轉型的問題

雖然我們可以使用向下轉型使得我們可以使用子類的獨有方法，但是轉型的過程中，一不小心就會遇到這樣的問題了，來，我們來看看下面的代碼：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上轉型  
        Animal a = new Cat();  
        a.eat();               // 調用的是 Cat 的 eat
        // 向下轉型  
        Dog d = (Dog)a;       
        d.watchHouse();        // 調用的是 Dog 的 watchHouse 【運行報錯】
    }  
}

這段代碼可以通過編譯，但是運行時，卻報出了 ClassCastException ，類型轉換異常！這是因為，明明創建了Cat類型對象，運行時，當然不能轉換成Dog對象的。

5. 轉型的異常

轉型的過程中，一不小心就會遇到這樣的問題，請看如下代碼：

定義狗類中額外的獨有遛狗方法：

package com.nz.pojo;
/**
 * 定義狗類繼承動物類，
 * 隨之重寫里面的吃行為，因為狗也有吃的行為，但是狗喜歡啃骨頭
 */
public class Dog extends Animal{
    public void eat() {
        System.out.println("小狗狗都愛啃骨頭！");
    }
    public void walk() {
        System.out.println("小狗在被我溜著！");
    }
}

定義測試類

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
import com.nz.pojo.Dog;
/**
 * 測試多態的向下轉型的問題
 */
public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上轉型的過程
        Animal animal = new Cat();
        // 調用了貓咪的吃方法
        animal.eat();
        // 向下轉型
        Dog dog = (Dog) animal;
        dog.walk(); // 調用的是 Dog 的 walk 可以通過，但是會運行報錯
    }
}

得到結果：

小喵咪都喜歡吃魚罐頭！
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.nz.pojo.Cat cannot be cast to com.nz.pojo.Dog
at com.nz.Demo4.main(Demo4.java:20)

我們可以看到，雖然我們的代碼通過編譯，但是終究在運行時，還是出錯了，拋出了 ClassCastException 類型轉換的異常。

其實我們可以知道，我們在上面的時候，創建了Cat類型對象，而在向下轉型時，將其強行轉換為了Dog類型，所以程序在運行時，就會拋出類型轉換的異常！

那我們如何可以避免這種異常發生呢？且看下一節分析！

6. instanceof關鍵字

Java為我們提供一個關鍵字instanceof ，它可以幫助我們避免了ClassCastException 類型轉換異常的發生。

那如何做呢？

格式：

變量名 instanceof 數據類型

解釋：

• 如果變量屬于該數據類型或者其子類類型，返回true。

• 如果變量不屬于該數據類型或者其子類類型，返回false。

代碼實現：

package com.nz;
import com.nz.pojo.Animal;
import com.nz.pojo.Cat;
import com.nz.pojo.Dog;
/**
 * 使用instanceof解決類型轉換異常！
 */
public class Demo5 {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上轉型的過程
        Animal animal = new Cat();
        // 調用了貓咪的吃方法
        animal.eat();
        // 向下轉型
        if (animal instanceof Cat){
            Cat cat = (Cat) animal;
            cat.playBall();        // 調用的是 Cat 的 playBall
        } else if (animal instanceof Dog){
            Dog dog = (Dog) animal;
            dog.walk();       // 調用的是 Dog 的 walk
        }
    }
}

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