1、第七章 类的多态性 钱庭霖 计算机工程系2 第7章 JAVA 多态性、抽象类与接口 掌握多态的优势和应用场合 实现多态 引用转型 多态性程序实例分析 掌握instanceof运算符的使用 抽象类与抽象方法 接口与接口的应用 继承是指从一个父类（父类）派生出派生类（子 类）的过程； 继承使用关键字extends； 对于类成员，可以使用public、protected、缺省 和private这4种访问权限修饰符； 对于类，可以使用public和缺省这2个访问权限； 创建子类实例时，必须先执行父类的构造方法， 然后再执行子类的构造方法； super关键字有两种主要用途，都与父类有关。 回顾为什么使用
2、多态？ 宠物（Pet）生病了，需要主人给宠物 看病 不同宠物看病过程不一样 不同宠物恢复后体力值不一样打针 吃药 吃药 疗养 狗狗 Q仔 为什么使用多态？ 编码实现 public class Master public void Cure(Dog dog) if (dog.getHealth() 50) dog.setHealth(60);System.out.println(“打针、吃药“);public void Cure(Penguin penguin)if (penguin.getHealth() 50) penguin.setHealth(70);System.out.println
3、(“吃药、疗养“); 主人类 Master master = new Master(); master.Cure(dog); master.Cure(penguin); 测试方法 为什么使用多态？ 如果又需要给XXX看病，怎么办？ 添加XXX类，继承Pet类 修改Master类，添加给XXX看病的方法使用多态优化设计 频繁修改代码，代码可扩展性、可维护性差 为什么使用多态? 使用多态优化后的代码 Pet pet = new Dog(); Master master = new Master(); master.Cure(pet); 测试方法 public class Dog extends P
4、et public void toHospital() this.setHealth(60);System.out.println(“打针、吃药“); public class Penguin extends Pet public void toHospital() this.setHealth(70);System.out.println(“吃药、疗养“); public class Master public void Cure(Pet pet) if (pet.getHealth() 50)pet.toHospital(); 主人类 Dog类 Penguin类 1 2 3 4 又要给XX
5、X看病时，只需： 1. 编写XXX类继承Pet类（旧方案也需要） 2. 创建XXX类对象（旧方案也需要） 3. 其他代码不变（不用修改Master类）什么是多态? 生活中的多态 你能列举出一个多态的生活示例吗？ 程序中的多态同一个引用类型，使用不同的实例而执行不同操作 父类引用， 子类对象 同一种事物，由于条件不同，产生的结果也不同9 多态性(POLYMORPHISM) 概念：是面向对象程序设计的另一个重要特征，其基本含 义是“拥有多种形态”，具体指在程序中用相同的名称来 表示不同的含义。例如：用同一方法名来表示不同的操 作。 类型：有两种 n 静态多态性：包括变量的隐藏、方法的重载 n 动态
6、多态性：在编译时不能确定调用方法，只有在运行时才 能确定调用方法，又称为运行时的多态性。静态多态 静态多态也称为编译时多态，即在编译时决定 调用哪个方法； 静态多态一般是指方法重载； 只要构成了方法重载，就可以认为形成了静态 多态的条件； 静态多态与是否发生继承没有必然联系。动态多态 动态多态也称为运行时多态，即在运行时才能 确定调用哪个方法； 形成动态多态必须具体以下条件： 必须要有继承的情况存在； 在继承中必须要有方法覆盖； 必须由父类的引用指向派生类的实例，并且通过父类的引 用调用被覆盖的方法； 由上述条件可以看出，继承是实现动态多态的 首要前提。12 下面主要介绍动态多态性 /多态性的
7、例子 class Animal public void roar() System.out.println(“动物:.“); class Cat extends Animal public void roar() System.out.println(“猫:喵,喵,喵,.“); class Dog extends Animal public void roar() System.out.println(“狗:汪,汪,汪,.“); 13 /多态性的例子(续) public class AnimalTest public static void main(String args) Animal a
8、m=new Animal(); am.roar(); am=new Dog(); am.roar(); am=new Cat();am.roar(); 程序运行结果： 动物:. 狗:汪,汪,汪,. 猫:喵,喵,喵,. 根据对象的赋值规则，可以把子类对象赋给父 类对象名，这是允许。当用同一形式： 父类对象名.roar() 去调用时，能够根据子类对象 的不同，得到不同的结果，这就是多态性。 实现多态的流程 用多态实现打印机 分为黑白打印机和彩色打印机 不同类型的打印机打印效果不同 黑白打印机 彩色打印机 打印实现多态的设计思路 使用多态实现思路 编写父类 编写子类，子类重写（覆盖）父类方法 运行时
9、，使用父类的类型，子类的对象 计算机可以连接各种打印机 无论连接何种打印机打印方法都相同 根据连接打印机不同，效果也不同 实现多态 编码实现实现多态的两个要素： 1. 方法重写 2. 使用父类类型class Printer()print(String str); class ColorPrinter extends Printer print(String str) System.out.println(“输出彩色的“+str); class BlackPrinter extends Printer print(String str) System.out.println(“输出黑白的“+st
10、r); public static void main(String args) Printer p = new ColorPrinter();p.print();p = new BlackPrinter();p.print(); 父类 子类 运行 同一种操作 方式，不同 的操作对象 只能调用父 类已经定义 的方法 继承是子类使用父类的方法，而多态则 是父类使用子类的方法。 (把父类当做 子类来用)方法重写（覆盖） 方法重写的规则 在继承关系的子类中 重写的方法名、参数、返回值类型必须与父类相 同 私有方法不能继承因而也无法重写位置 方法名 参数表 返回值 访问修饰符 方法重写 子类 相同 相
11、同 相同 不能比父类更严格 方法重载 同类 相同 不相同 无关 无关方法重写 override 方法重载overload VS18 实现运行时多态技术的条件： n 有一个继承层次关系； n 在子类中重写父类的方法； n 通过父类的引用对子类对象进行调用。 n 采用多态技术的优点： 引进多态技术之后，尽管子类的对象千差万别，但都 可以采用 父类引用.方法名(参数) 统一 方式来调用，在 程序运行时能根据子对象的不同得到不同的结果。这种“以 不变应万变”的形式可以规范、简化程序设计，符合软件工 程的“一个接口，多种方法”思想。引用转型 父类的引用可以指向子类的对象，如： BaseClass obj
12、 = new DerivedClass(); 这样的语句是合法的； 但是子类的引用则不可以指向父类的对象，如 ： DerivedClass obj = new BaseClass(); 这样的语句将引发错误。引用转型示例 class Person /定义人类 class Student extends Person /学生类继承于人类 public class OverriddenDemo public static void main(String args) /正确，所有的学生一定是人Person per = new Student();/错误，并不是所有的人都是学生Student std
13、 = new Person(); 多态性实例分析 Example 例如动物园的饲养员能够给各种各样的动物喂食。图1显示了饲养员Feeder、食物Food和动物Animal以及它的子类的类 框图。多态性实例分析 图1 饲养员Feeder、食物Food和动物Animal以及它的子类的 类框图多态性实例分析 可以把Feeder、Animal和Food都看成独立的子系统。Feeder类的定义 如下： public class Feeder public void feed(Animal animal,Food food) animal.eat(food); 以下程序演示一个饲养员分别给一只狗喂肉骨头，
14、给一只猫喂鱼。 Feeder feeder=new Feeder(); Animal animal=new Dog(); Food food=new Bone(); feeder.feed(animal,food); animal=new Cat(); food=new Fish(); feeder.feed(animal,food); /给狗喂肉骨头 /给猫喂鱼多态性实例分析 Java语言允许某个类型的引用变量引用子类的实例，而且可以对 这个引用变量进行类型转换： Animal animal=new Dog(); Dog dog=(Dog)animal; 如图2所示，如果把引用变量转换为子类
15、类型，称为向下转型， 如果把引用变量转换为父类类型，称为向上转型。在进行引用变 量的类型转换时，会受到各种限制。而且在通过引用变量访问它 所引用的实例的静态属性、静态方法、实例属性、实例方法，以 及从父类中继承的方法和属性时，Java虚拟机会采用不 同的绑 定机制。 /向下转型，把Animal类型转换为Dog类型/向上转型，把Animal类型转换为Dog类型多态 图2 类型转换多态性实例分析 下面通过具体的例子来演示多态的各种特性。 在下面的例程中，Base父类和Sub子类中都定义了实例变量var、实例方法 method()、静态变量staticVar和静态方法staticMethod()，此
16、外，在Sub 类中还定义了实例变量subVar和subMethod()。 Sub.java package poly; class Base String var=“BaseVar“; static String staticVar=“StaticBaseVar“; void method() System.out.println(“Base method“); static void staticMethod() System.out.println(“Static Base method“); /成员（实例）变量 /静态变量 /成员（实例）方法 /静态方法 public class Sub
17、 extends Base String var=“SubVar”; /成员（实例）变量 static String staticVar=“StaticSubVar“; /静态变量 void method() /覆盖父类的method()方法 System.out.println(“Sub method“); static void staticMethod() /隐藏父类的staticMethod()方法 System.out.println(“Static Sub method“); String subVar=“Var only belonging to Sub“; void subMe
18、thod() System.out.println(“Method only belonging to Sub“); public static void main(String args) Base who=new Sub(); /who被声明为Base类型，引用Sub实例 System.out.println(“who.var=“+who.var); System.out.println(“who.staticVar=“+who.staticVar); who.method(); who.staticMethod(); /打印Base类的var变量 /打印Base类的staticVar变量
19、 /打印Sub实例的method()方法 /打印Base类的staticMethod()方法多态的一些细节 （1）对于一个引用类型的变量，Java编译器按照它声 明的类型来处理。 例如在以下代码中，编译器认为who是Base类型的引用变量，不存在 subVar成员变量和subMethod()方法，所以编译出错： Base whonew Sub(); /who是Base类型 who.subVar=“123”; /编译出错，提示在Base类中没有subVar属性 who.subMethod(); /编译出错，提示在Base类中没有subMethod()方法 如果要访问Sub类的成员，必须通过强制类
20、型的转换： Base whonew Sub(); /who是Base类型 (Sub)who).subVar=“123“; /编译成功，把Base引用类型强制转换为Sub引用类型 (Sub)who).subMethod(); /编译成功，把Base引用类型强制转换为Sub引用类型多态的一些细节 Java编译器允许具有直接或间接继承关系的类之间进行类型转换. 对于向上转型，不必使用强制类型转换，因为子类的对象肯定也可看作父类的对 象。例如一个Dog对象是一个Animal对象，也是一个Creature对象，也是一个 Object对象： Dog dog=new Dog(); Creature crea
21、ture=dog; /编译成功，把Dog引用类型直接转换为Creature引用类型 Object object=dog; /编译成功，把Dog引用类型直接转换为Object引用类型 对于向下转型，必须进行强制类型转换： Creature creature=new Cat(); Animal animal=(Animal)creature; /编译成功，把Creature引用类型强制转 换为Animal引用类型 Cat cat=(Cat)creature; /编译成功，把Creature引用类型强制转换为Cat引用类型 Dog dog=(Dog)creature; /编译成功，把Creature
22、引用类型强制转换为Dog引用类型多态的一些细节 假如两种类型之间没有继承关系，即不在继承树的同一个继承分支 上，那么Java编译器不允许进行类型转换，例如： Dog dog=new Dog(); Cat cat=(Cat)dog; /编译出错，不允许把Dog引用类型转换为Cat引用类型 （2）对于一个引用类型变量，运行时Java虚拟机按照它实际引用 的对象来处理。例如以下代码虽然编译可以通过，但运行时会抛出 ClassCastException运行时异常： Base who=new Base(); /who引用Base类的实例 Sub s=(Sub)who; /运行时抛出ClassCastEx
23、ception 在运行时，子类的对象可以转换为父类类型，而父类的对象实际上无法转 换为子类类型。因为通俗的讲，父类拥有的成员子类肯定也有，而子类拥 有的成员父类不一定有。多态的一些细节 假定Java虚拟机能够把子类对象转换为父类类型，那么以下代码中的 sub.subMethod()方法无法执行： Base who=new Base(); /who引用Base类的实例 Sub sub=(Sub)who; /假定运行时未出错 sub.subMethod(); /sub引用变量实际上引用Base实例，而Base实例没 有subMethod()方法 由此可见，在运行时，Java虚拟机无法把子类对象转变
24、为父类类型。以下 代码尽管能够编译成功，但在运行时，creature变量引用的Cat对象无法 转变为Dog类型，因此会抛出ClassCastException： Creature creature=new Cat(); Animal animal=(Animal)creature; /运行正常，Cat对象可转换为Animal类型 Cat cat=(Cat)creature; /运行正常，Cat对象可以被Cat类型的引用变量引用 Dog dog=(Dog)creature; /运行时抛出ClassCastException，Cat对象不可转换 为Dog类型 (但是会编译成功) （3）在运行时环境
25、中，通过引用类型变量来访问所引用对象的方法 和属性时，Java虚拟机采用以下绑定规则： 1）成员（实例）方法与引用变量实际引用的对象的方法绑定，这种 绑定属于动态绑定，因为是在运行时由Java虚拟机动态决定的。 2）静态方法与引用变量所声明的类型的方法绑定，这种绑定属于静 态绑定，因为实际上是在编译阶段就已经作了绑定。 3）成员变量（包括静态变量和实例变量）与引用变量所声明的类型 的成员变量绑定，这种绑定属于静态绑定，因为实际上是在编译阶 段就已经作了绑定。 多态的一些细节 例如，对于以下这段代码： Base who=new Sub(); /who被声明为Base类型，引用Sub实例对象 Sy
26、stem.out.println(“who.var=“+who.var); /打印Base类的var变量 System.out.println(“who.staticVar=“+who.staticVar); /打印Base类的staticVar变量 who.method(); /打印Sub实例的method()方法 who.staticMethod(); /打印Base类的staticMethod()方法 运行时将会输出如下结果： who.var=BaseVar who.staticVar=StaticBaseVar Sub method Static Base method 多态的一些细节
27、 再看一个例子： public abstract class A abstract void method(); void test() method(); /到底调用哪个类的mehtod()方法？ public class B extends A void method() /覆盖父类的method()方法 System.out.println(“Sub“); public static void main(String args) new B().test(); 多态的一些细节 运行类B的main()方法将打印“Sub“。 方法test()在父类A中定义，它调用了方法method()。虽然
28、方法method() 在类A 中被定义为是抽象的，它仍然可以被调用，因为在运行时环境中， Java虚拟机会执行类B的实例的method()方法。一个实例所属的类肯定实 现了父类中 所有的抽象方法（否则这个类不能被实例化）。 再看一个例子： public class A void method()System.out.println(“Base“); void test()method(); public class B extends A void method()System.out.println(“Sub“); public static void main(String args) n
29、ew A().test(); /调用类A的method()方法 new B().test(); /调用类B的method()方法 多态的一些细节 运行这段代码将打印： Base Sub test()方法在父类A中定义，它调用了method()方法，和上面一个 例子的区别是父类A的method()方法不是抽象的。但是通过new B().test()调用method()方法，执行的仍然是子类B的method()方 法。由此可以更深入地体会动态绑定的思想：在运行环境中，当通 过 B类的实例去调用一系列的实例方法（包括一个方法调用的另一 个方法），将优先和B类本身包含的实例方法动态绑定，如果B类没 有定义这个实例方法，才会和从 父类A中继承来的实例方法动态绑 定。 多态的一些细节
