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Java 多态 (Polymorphism)

多态是面向对象三大特性中最核心、最灵活的特性。它意味着“同一行为，多种实现”。

一、多态的基本概念

• 定义：同一种类型的对象（或引用），在不同的情况下表现出不同的行为和状态。

• 核心表现形式（向上转型）：

  java

  父类类型 引用名 = new 子类对象();

  例如：

  java

  Animal a = new Dog(); // 多态 Animal b = new Cat(); // 多态

  这里的Animal是编译时类型，而Dog或Cat是运行时类型。

• 多态的前提条件（三者缺一不可）：

  1. 有继承关系或实现关系（接口）。

  2. 有父类（或接口）引用指向子类对象（即向上转型）。

  3. 有方法的重写（否则多态调用方法没有实际意义）。

二、多态的优势

1. 降低耦合度，提高扩展性：方法参数或容器（如集合）使用父类类型，可以接受任何子类对象，代码通用性更强。

2. 便于维护：当需要新增一种子类时，无需修改使用父类引用的代码。

3. 代码简洁：统一的接口，不同的实现。

示例：体现扩展性的优势

java

class Animal { public void eat() { System.out.println("动物吃东西"); } } class Dog extends Animal { @Override public void eat() { System.out.println("狗吃骨头"); } } class Cat extends Animal { @Override public void eat() { System.out.println("猫吃鱼"); } } // 饲养员类 - 核心优势体现 class Keeper { // 参数使用父类类型，可以接收任何Animal子类对象 public void feedAnimal(Animal a) { a.eat(); // 运行时执行具体子类的eat方法 } } public class Main { public static void main(String[] args) { Keeper keeper = new Keeper(); Animal dog = new Dog(); Animal cat = new Cat(); keeper.feedAnimal(dog); // 输出：狗吃骨头 keeper.feedAnimal(cat); // 输出：猫吃鱼 // 未来新增一个Tiger类，Keeper类完全无需修改！ // keeper.feedAnimal(new Tiger()); } }

三、多态调用成员的特点（记忆口诀）

这是理解多态行为的关键：

示例：

java

class Fu { int num = 10; public void show() { System.out.println("Fu show"); } } class Zi extends Fu { int num = 20; @Override public void show() { System.out.println("Zi show"); } public void special() { System.out.println("Zi special"); } } public class Test { public static void main(String[] args) { Fu obj = new Zi(); // 多态 // 访问成员变量：看左边(Fu) System.out.println(obj.num); // 输出：10 // 调用成员方法：编译看左边(Fu)，运行看右边(Zi) obj.show(); // 输出：Zi show // obj.special(); // 编译错误！因为编译看左边，Fu类中没有special方法声明 } }

四、多态的弊端与解决方案：类型转换

弊端：在多态的形式下（父类引用），不能调用子类特有的方法或访问子类特有的变量。

解决方案：使用引用数据类型转换。

1. 向上转型 (Upcasting)

• 自动进行：子类类型转换为父类类型。

• Animal a = new Dog();// 安全，因为狗一定是动物。

2. 向下转型 (Downcasting)

• 强制进行：父类类型转换为子类类型。

• 语法：子类类型 引用名 = (子类类型) 父类引用;

• 目的：为了“还原”对象的真实子类类型，以便调用子类特有的功能。

示例：

java

Animal a = new Dog(); // 向上转型 Dog d = (Dog) a; // 向下转型，将a强制转换为Dog类型 d.lookHome(); // 现在可以调用Dog特有的方法了

3. 转型的风险与安全校验

如果转型的目标类型与对象的真实类型不匹配，会抛出ClassCastException（类型转换异常）。

java

Animal a = new Cat(); Dog d = (Dog) a; // 运行时错误！ClassCastException: Cat cannot be cast to Dog

安全转型：使用instanceof关键字

• 作用：在转型前进行判断，避免ClassCastException。

• 语法：引用变量 instanceof 数据类型

• 结果：返回boolean值。判断引用指向的对象是否属于该类型（或该类型的子类）。

示例：

java

public static void checkAnimal(Animal a) { a.eat(); // 所有动物都有的行为 // 类型判断与安全转型 if (a instanceof Dog) { Dog dog = (Dog) a; dog.lookHome(); } else if (a instanceof Cat) { Cat cat = (Cat) a; cat.catchMouse(); } else { System.out.println("这是其他动物"); } }

五、总结与最佳实践

1. 多态的本质：通过父类/接口引用调用方法，执行时由JVM根据对象的实际类型决定调用哪个版本的方法（动态绑定）。

2. 使用场景：当需要编写通用代码、处理一组相关对象、或设计可扩展的系统架构时。

3. 转型原则：

   • 能向上转型就向上转型（利用多态，提高代码通用性）。

   • 必须向下转型时才转（需要使用子类特有功能时）。

   • 向下转型前务必用instanceof判断，确保类型安全。

package polymorphism02; public class Animal { private int age; private String color; public Animal() { } public Animal(int age, String color) { this.age = age; this.color = color; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } public String getColor() { return color; } public void setColor(String color) { this.color = color; } public void eat(String something){ System.out.println("动物在吃东西"); } }

package polymorphism02; public class Cat extends Animal{ public Cat() { } public Cat(int age, String color) { super(age, color); } @Override public void eat(String something){ System.out.println(getAge()+"岁的"+getColor()+"颜色的猫在吃"+something); } public void catchMouse(){ System.out.println("猫抓老鼠"); } }

package polymorphism02; public class Dog extends Animal{ public Dog() { } public Dog(int age, String color) { super(age, color); } @Override public void eat(String something){ System.out.println(getAge()+"岁的"+getColor()+"颜色的狗在吃"+something); } public void lookHome(){ System.out.println("狗在看家"); } }

package polymorphism02; public class Person { private String name; private int age; public Person() { } public Person(int age, String name) { this.age = age; this.name = name; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } //饲养狗 /*public void keepPet(Dog dog,String something){ System.out.println("年龄为"+age+"岁的"+name+"养了一只"+dog.getColor()+"颜色的"+dog.getAge()+"岁的狗"); dog.eat(something); } //饲养猫 public void keepPet(Cat cat,String something){ System.out.println("年龄为"+age+"岁的"+name+"养了一只"+cat.getColor()+"颜色的"+cat.getAge()+"岁的猫"); cat.eat(something); }*/ //一个方法能接收使用动物信息 //方法的形参：可以写这些类的父类 public void keepPet(Animal a ,String something){ if (a instanceof Dog d){ System.out.println("年龄为"+age+"岁的"+name+"养了一只"+d.getColor()+"颜色的"+d.getAge()+"岁的狗"); d.eat(something); }else if (a instanceof Cat c){ System.out.println("年龄为"+age+"岁的"+name+"养了一只"+c.getColor()+"颜色的"+c.getAge()+"岁的猫"); c.eat(something); }else { System.out.println("没有这种动物"); } } }

package polymorphism02; public class Test { public static void main(String[] args) { //创建对象并调用 /*Person p = new Person(30, "老王"); Dog d = new Dog(2,"黑"); p.keepPet(d,"骨头"); Person p1 = new Person(26, "老李"); Cat d1 = new Cat(3,"黄"); p1.keepPet(d1,"🐟"); */ Person p = new Person(30, "老王"); Dog d = new Dog(2,"黑"); Cat c = new Cat(3,"黄"); p.keepPet(d,"骨头"); p.keepPet(c,"🐟"); } }