【Java全栈进阶】-多态

多态

多态的概述

• 多态是继封装、继承之后，面向对象的第三大特性。

• 现实事物经常会体现出多种形态，如学生，学生是人的一种，则一个具体的同学 张三既是学生也是人，即出现两种形态。

• Java作为面向对象的语言，同样可以描述一个事物的多种形态。如：Student类继承了Person类，一个Student的对象既是Student，又是Person。

• Java中多态的代码体现在一个子类对象（实现类对象），既可以给这个子类（实现类对象）引用变量赋值，又可以给这个子类（实现类对象）的父类（接口）变量赋值。

• 如：Student类可以为Person类的子类，那么一个Student对象既可以赋值给一个Student类型的引用，也可以赋值给一个Person类型的引用。

• 最终多态体现为父类引用变量可以指向子类对象。

• 多态的前提是必须有子父类关系或者类实现接口关系，否则无法完成多态。

• 在使用多态后的父类引用变量调用方法时，会调用子类重写后的方法。

多态的定义与使用格式

• 多态的定义格式：就是父类的引用变量指向子类对象。父类的引用变量 --> 子类的对象

  父类类型 变量名 =new 子类类型();
  变量名.方法名();

• 普通类多态定义的格式：

  //父类 变量名 = new 子类();
  class Fu{
  }
  class Zi extends Fu{
  }
  //类的多态使用
  public static void main(String[] args) {
      Fu f = new Zi();
  }

• 抽象类多态定义的格式：

  //抽象类 变量名 = new 抽象类子类();
  abstract class Fu{
      public abstract void method();
  }

  class Zi extends Fu{
      @Override
      public void method(){
          System.out.println("重写父类抽象方法");
      }
  }
  ?
  //类的多态使用 在mian方法中
  public static void main(String[] args) {
      Fu fu = new Zi();
      fu.method();
  }

• 接口多态定义的格式：

  //接口 变量名 = new 接口实现类();
  interface Fu{
      public abstract void method();
  }

  class Zi implements Fu{
      @Override
      public void method(){
          System.out.println("重写接口抽象方法");
      }
  }

  //接口多态的使用
  public class Demo{
      public static void main(String[] args) {
      Fu fu = new Zi();
      fu.method();
      }
  } 

• 注意事项：

  同一个父类的方法会被不同的子类重写，在调用方法时，调用的为各子类重写后的方法。

  例如：

  Person p1 = new Student();
  Person p2 = new Teacher();
  p1.work();  //p1会调用Student类中重写的work方法
  p2.work();  //p2会调用Teacher类中重写的work方法

  当变量名指向不同的子类对象时，由于每个子类重写父类方法的内容不同，所以会调用不同的方法。

多态-成员的特点

• 掌握了多态的基本使用之后，那么多态出现后类的成员有啥变化呢？前面学习继承时，我们知道了子类之间成员变量有了自己的特定变化，那么当多态出现后，成员变量在使用上有没有什么变化呢？

• 多态出现后会导致子父类中成员变量有微弱的变化。如下代码所示：

  class Fu{
      int num = 4;
  }
  class Zi extends Fu{
      int num = 5;
  }
  class Demo{
      public static void main(String[],args){
          Fu f = new Zi();
          System.out.println(f.num);
          Zi z = new Zi();
          System.out.println(z.num);
      }
  }

• 多态成员变量：

  当子父类中出现同名的成员变量时，多态调用该变量时：

  • 编译时期：参考的是引用型变量所属的类中是否有被调用的成员变量。没有，则编译失败。

  • 运行时期：也是调用引用型变量所属的类中的成员变量。

  • 简单记：编译和运行都参考等号左边，编译运行看左边。

   

• 多态出现后会导致子父类中的成员变量有微弱的变化，如下代码：

  class Fu{
      int num = 4;
      void show(){
          System.out.println("Fu show num");
      }
  }
  ?
  class Zi extends Fu{
      int num = 5;
      void show(){
          System.out.println("Zi show num");
      }
  }
  ?
  class Demo{
      public static void main(String[],args){
          Fu f = new Zi();
          f.show();
      }
  }
  //调用的是父类中的show

• 多态成员方法：

  编译时期：参考引用变量所属的类，如果类中没有调用的方法时，编译失败。

  运行时期：参考引用变量所指的对象所属的类，并运行对象所属类中的成员方法。

  简而言之：编译看左边，运行看右边。

instanceof关键字

• 我们可以通过instanceof关键字来判断某个对象是否属于某种数据类型。如：学生的对象属于学生类，学生的对象也属于人类。

  使用格式：

  boolean b = 对象 instanceof 数据类型;
  //如：
  Person p1 = new Student();//前提条件：学生类已经继承人类
  boolean flag = p1 instanceof Student;//flag结果为true
  boolean flag1 = p2 instanceof Teacher;//flag1结果为false

多态-转型

多态的转型分为向上转型和向下转型两种：

• 向上转型：当有子类对象赋值给一个父类引用时，便是向上转型，多态本身就是向上转型的过程。

使用格式：

父类类型 变量名 = new 子类类型();

如：Person p = new Stuendt();

• 向下转型：一个已经向上转型的子类对象可以使用强制类型转换的格式，将父类引用转为子类引用，这个过程是向下转型。如果是直接创建父类对象，是无法向下转型的。

使用格式：

子类类型 变量名 = (子类类型)父类类型的变量;

如：Person p = new Student();//p是父类类型的变量
Student stu = (Student)p;//变量p 实际上指向Student对象

多态的好处与弊端

• 当父类的引用指向子类对象时，就发生了向上转型，即把子类类型的对象转成了父类类型。

• 向上转型的好处是：隐藏了子类类型，提高了代码的扩展性。

• 但向上转型也有弊端：只能使用父类共性的内容，而无法使用子类特有的功能，功能有限制。

  如：

  //描述动物类，并抽取共性eat方法
  abstract class Animal{
  abstract void eat();
  }
  ?
  //描述狗类，继承动物类，重写eat方法，增加lookHome方法
  class Dog extends Animal{
  @Override
  public void eat(){
  System.out.println("狗狗在吃饭");
  }
  public void lookHome(){
  System.out.println("狗狗在看家");
  }
  }
  ?
  //描述猫类，继承动物类，重写eat方法，增加catchMouse方法
  class Cat extends Animal{
  @Override
  public void eat(){
  System.out.println("猫咪在吃鱼");
  }
  public void catchMouse(){
  System.out.println("猫咪在捕捉老鼠");
  }
  }
  ?
  ?
  //主方法类
  public class Test{
  public static void main(String[],args){
  Animal a = new Dog();//多态形式，创建一个狗对象
  a.eat();//调用对象中的方法，会执行狗类中的eat方法。
      //a.lookHome();//使用Dog类特有的方法，需要向下转型，不能直接使用
  //为了能够使用狗类的lookHome方法，需要向下转型
  //向下转型过程中，可能会发生类型转换的错误，即ClassCastException异常
  //那么，在转之前需要做转型判断
  if(!(a instanceof Dog)){//判断当前对象a是否是Dog类型
     System.out.println("类型不匹配，不能转换");
     return;
  }else{
     Dog d = (Dog)a;//向下转型
     d.lookHome();//调用狗类的lookHome方法
  }
  }
  }

   

  总结：

  • 什么时候使用向上转型？

    当不需要面对子类类型时，通过提高扩展性，或者使用父类的功能就能完成相应的操作，这时就可以使用向上转型。

    如：
    Animal a = new Dog();
    a.eat();

  •  

  • 什么时候使用向下转型？

    当需要使用子类中特有的功能时，就需要使用向下转型。

    如：
    Dog d = (Dog)a;//向下转型
    d.lookHome();//调用狗类的lookHome方法

• 向下转型的好处：可以使用子类特有的功能。

• 弊端是：需要面对具体的子类对象；在向下转型时容易发生ClassCastException类型转换异常，因此在转换前必须做类型判断（即instanceof数据类型的判断）

  如：if(!a instanceof Dog){...}

*案例-笔记本键盘案例

• 定义USB接口（具备开启功能、关闭功能），笔记本要使用USB设备，即笔记本在生产时需要预留可以插入USB设备的USB接口，即就是笔记本具备使用USB设备的功能，但具体是什么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、使用设备功能

  • 鼠标类：符合USB接口规范

  • 键盘类：符合USB接口规范

需求分析

• 阶段一：

  使用笔记本，笔记本需要有运行功能、需要笔记本对象来运行这个功能

• 阶段二：

  想使用一个鼠标，又有一个功能使用鼠标，并多了一个鼠标对象。

• 阶段三：

  还想使用一个键盘，那么需要添加一个功能使用键盘和一个键盘的对象。

  问题：每多一个功能就需要在笔记本对象中定义一个方法，这样的程序的扩展性极差。

  • 可以使用接口来降低鼠标、键盘等外围设备和笔记本电脑的耦合性。

实现代码步骤

• 定义鼠标、键盘、笔记本三者之间应该遵守的USB规则。

  interface Usb{
      abstract void open();//其中abstract关键字可以省略，省略后默认为抽象方法
      abstract void close();
  }

• 实现鼠标、键盘的对象

  class Mouse implements Usb{
      @Override
      public void open(){
          System.out.println("鼠标开启");
      }
      @Override
      public void close(){
          System.out.println("鼠标关闭");
       }
  }
  ?
  class Keyboard implements Usb{
        @Override
      public void open(){
          System.out.println("键盘开启");
      }
      @Override
      public void close(){
          System.out.println("键盘关闭");
       }
  }

• 定义笔记本

  class Laptop{
      //笔记本开启运行功能
      public void run(){
          System.out.println("笔记本开启");
      }
      //笔记本使用USB设备，这时当笔记本对象调用这个功能时，必须给其传递一个符合USB规则的USB设备
      public void runUsbDevice(Usb usb){
          //判断是否有usb设备
          if(usb != null){
              usb.open();
              usb.close();
          }
      }
      public void shutDown(){
          System.out.println("笔记本关闭");
      }
  }

•  

  public class UsbDemo{
      public static void main(String[],args){
          //创建笔记本实体对象
          Laptop lap = new Laptop();
          //笔记本开启
          lap.run();
          
          //创建键盘实体对象
          Keyboard keyb= new Keyboard();
          //笔记本使用键盘
          lap.runUsbDevice(keyb);
          
          //创建鼠标实体对象
          Mouse mouse = new Mouse();
          //笔记本使用鼠标
          lap.runUsbDevice(mouse);
          
          //笔记本关闭
          lap.shutDown();
         }
  }

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