Java梳理之理解多态

说起来接触java以来也挺久了，却一直没有对自己进行全面的整合，查漏补缺，拿起笔发现有种无从下手的感觉。梳理了一下，如果文中有错误或遗漏的地方，请帮忙指正。谢谢~

面向对象编程有三大特性：封装、继承、多态。
封装：将事物特征和行为抽象出来，并隐藏内部具体的实现机制。隐藏即可以保护数据安全，也可以在不影响类的使用情况下对类进行修改。对外界而言，暴露的仅仅是一个方法。
继承：若两个类之间是is-a的关系，就可以使用extends关键字对父类的代码进行复用。同时继承允许将对象视为它本身的类型或者它的父类型进行处理，这是使用继承设计多态的基础。
多态：程序中定义的引用变量，它指向的具体类型和它的调用方法在编译中并不确定，只有在程序运行时才确定。这样，不用修改程序代码，就可以让引用变量绑定不同的具体类型，使得调用的方法也随之改变。

多态分成编译时多态和运行时多态。编译时多态指的是方法的重载，属于静态多态，当编译时，会根据参数列表来区分不同的方法，编译完成后，会生成不同的方法。而运行时多态则为运行时动态绑定方法来实现，指的就是多态性。

多态性

前置概念：

方法绑定：将一个方法的调用和方法主体关联起来就叫做方法绑定。
从多态的概念上可以看出，在程序中，方法绑定并不一定发生在程序运行期间，还有在程序运行前就绑定的情况。在程序运行前就绑定的称作前期绑定，而在运行时根据对象具体类型进行绑定的称作后期绑定或动态绑定。实现后期绑定必须有某种机制以便在运行时判断对象的类型。

向上转型：把一个对象的引用视为对它父类型的引用称作向上转型。缺陷：在使用过程中，只能以父类为基准，使用也只能使用父类中的属性方法，导致丢失子类的一部分属性和方法。
例如：苹果，香蕉，橙子都是水果，实体类Apple,Banana,Orange全都继承Fruit类。

public class Fruit {
    public void name(){
        System.out.println("水果");
    }
    public static void main(String[] arg0){
        Fruit apple = new Apple();
        apple.name();
    } 
}
class Apple extends Fruit{
    public void name(){
        System.out.println("青苹果");
    }
    public void name(String name){
        System.out.println("设置名字为"+name);
    }
    public void setName(String color){
        System.out.println("设置名字为"+name);
    }
}
class Banana extends Fruit{
    public void name(){
        System.out.println("香蕉");
    }
}
class Orange extends Fruit{
    public void name(){
        System.out.println("橙子");
    }
}

那么

Fruit apple = new Apple();
Fruit banana = new Banana();
Fruit orange = new Orange();

就是Fruit的多态表现。可以理解成引用变量apple类型为Fruit，具体指向的则是Apple对象的实例，具体理解为：Apple对象继承Fruit，所以Apple会自动的向上转型为Fruit对象，所以apple可以指向Apple。但是由于使用了向上转型，那么也会存在向上转型的缺陷。例如：apple是不能使用name(String color)和setName(String name)方法的，不管是子类的属性还是子类特有的方法，包括子类重载的方法。例如apple.name();可以得到值：青苹果。但是，编写apple.name("红苹果")或者apple.setName("红苹果")是会提示错误。

多态的实现：

1.用继承设计进行设计

条件：继承关系、重写父类中的方法和隐式的向上转型。
在之前的代码，添加一个实体类Person,内部存在行为eat(Fruit fruit)方法。

class Person{
    public void eat(Fruit fruit){
        System.out.print("吃的");
        fruit.name();
    } 
}   
    public static void main(String[] arg0){
        Fruit apple = new Apple();
        Fruit banana = new Banana();
        Fruit orange = new Orange();
        
        Person july = new Person();
        july.eat(apple);
        july.eat(banana);
        july.eat(orange);
    }
输出：
    吃的青苹果
    吃的香蕉
    吃的橙子

可以看到并没有使用eat(Apple apple)一类的方法，但也能正确的执行方法，我们不用为单独的每个人创建类似于eatApple(Apple apple)这样的方法，而且对于每一个继承了Fruit类的水果类来说，都可以直接给person.eat(Fruit)调用。

2.用接口进行设计

条件：实现接口，并覆盖其中的方法。

类似于使用继承设计多态，接口设计如下所示：

public class FruitDemo implements IFruit{
    @Override
    public void name() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("水果");
    }
    public static void main(String[] arg0){
        AppleDemo apple = new AppleDemo();
        BananaDemo banana = new BananaDemo();
        PersonDemo july = new PersonDemo();
        july.eat(apple);
        july.eat(banana);
    }
}
class PersonDemo{
    public void eat(IFruit fruit){
        System.out.print("吃的");
        fruit.name();
    }
}
class AppleDemo implements IFruit{
    @Override
    public void name() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("苹果");
    }
}
class BananaDemo implements IFruit{
    @Override
    public void name() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("香蕉");
    }
}
interface IFruit{
    void name();
}
    
输出：
吃的苹果
吃的香蕉

可以看到，程序中Person类实例july动态调用实现了IFruit接口的类，并且正确返回了信息。

多态特性之协变返回类型

子类方法的返回类型可以是父类方法的返回类型的子类。例如：

public class Fruit {

    public String name = "水果";
    public String getName(){
        System.out.println("fruit name --"+ name);
        return name;
    }
    
    public static void main(String[] arg0){
        Person person = new Person();
        person.buy().getName();
        
        Person man = new Man();
        man.buy().getName();
    } 
}


class Apple extends Fruit{
    public String name = "苹果";
    public String getName(){
        System.out.println("apple name --"+ name);
        return name;
    }
}

class Person{
    public Fruit buy(){
        
        return new Fruit();
    }
}

class Man extends Person{
    public Apple buy(){
        return new Apple();
    }
}
输出：
fruit name --水果
apple name --苹果

在这里看到，子类Man中的方法，返回类型并不是Fruit，而是Fruit的子类，运行的也是子类Apple的方法。

多态存在的缺陷：

1.对私有方法和final修饰的方法无效。
public class Fruit {

    public void name(){
        System.out.println("水果");
    }
    
    public final void findName(){
        System.out.println("找水果");

    }
    
    private void getName(){
        System.out.println("拿水果");

    }
    
    public static void main(String[] arg0){
        Fruit apple = new Apple();
        apple.findName();
        apple.getName();
    } 
}
class Apple extends Fruit{
    
    public void getName(){
        System.out.println("拿到苹果");

    }
    public void name(){
        System.out.println("青苹果");
    }
    public void name(String name){
        System.out.println("苹果设置成"+name);
    }
    
    public void setName(String name){
        System.out.println("苹果设置成"+name);
    }
}
输出：
     找水果
     拿水果
2.对父类字段和静态方法无效。
public class Fruit {
    public String name = "水果";
    public String getName(){
        return name;
    }
    public static String getFruitName(){
        return "水果";
    }
    
    public static void main(String[] arg0){
        Fruit apple = new Apple();
        System.out.println("apple.name = "+apple.name+";apple.getName() = "+apple.getName());
        Apple apple1 = new Apple();
        System.out.println("apple1.name = "+apple1.name+";apple1.getName() = "+apple1.getName()+";apple1.getName1() = "+apple1.getName1());
        System.out.println("Fruit.getFruitName = "+ Fruit.getFruitName()+";Apple.getFruitName = "+Apple.getFruitName());

    } 
}
class Apple extends Fruit{
    public String name = "苹果";
    public String getName(){
        return name;
    }
    public static String getFruitName(){
        return "苹果";
    }
    public String getName1(){
        return super.name;
    }
}

输出：
    apple.name = 水果;apple.getName() = 苹果
    apple1.name = 苹果;apple1.getName() = 苹果;apple1.getName1() = 水果
    Fruit.getFruitName = 水果;Apple.getFruitName = 苹果

可以看到 字段并不会覆盖的，在子类Apple中是存在两个name字段的，当使用Fruit apple引用时，apple.name使用的是父类Fruit中的字段，而当Apple apple1时，使用的是子类自己的字段。
静态方法是不会有多态性的，它关联的对象，而不是实例。

构造函数和多态：

构造函数执行的顺序：
1.调用基类的构造器，这个顺序会不断递归下去，因为构造一个类，先构造基类，直到树结构的最顶层。
2.按声明顺序调用成员的初始化方法。
3.调用导出类的构造器主体

构造器内部的多态方法：
如果一个构造方法的内部调用正在构造的对象的一个动态绑定方法，会发生什么情况？例如：

public class Fruit {
    public String name = "水果";
    public Fruit(){
        System.out.println("getName before--");
        System.out.println("getName--"+getName());
        System.out.println("getName after --");
    }
    public String getName(){
        return name;
    }
    public static void main(String[] arg0){
        Fruit apple =new Apple();
    } 
}
class Apple extends Fruit{
    public String name = "苹果";
    public Apple(){
        System.out.println("Apple getName--"+getName());
    }
    public String getName(){
        return name;
    }
}

输出：
getName before--
getName--null
getName after --
Apple getName--苹果

可以看到，在结果中存在一个null值，如果当前属性是基本数据类型，那么输出的就是类型的初始默认值。之后会按照声明顺序来构造实例，所以后面得到的就是有值得了。

文章主要参考《Thinking in Java》第八章 多态

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