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详解Java多态对象的类型转换与动态绑定

归档日期:07-01       文本归类:动多态      文章编辑:爱尚语录

  这里所说的对象类型转换,是指存在继承关系的对象,不是任意类型的对象。当对不存在继承关系的对象进行强制类型转换时,java 运行时将抛出g.ClassCastException 异常。

  在继承链中,我们将子类向父类转换称为“向上转型”,将父类向子类转换称为“向下转型”。

  很多时候,我们会将变量定义为父类的类型,却引用子类的对象,这个过程就是向上转型。程序运行时通过动态绑定来实现对子类方法的调用,也就是多态性。

  然而有些时候为了完成某些父类没有的功能,我们需要将向上转型后的子类对象再转成子类,调用子类的方法,这就是向下转型。

  注意:不能直接将父类的对象强制转换为子类类型,只能将向上转型后的子类对象再次转换为子类类型。也就是说,子类对象必须向上转型后,才能再向下转型。请看下面的代码:

  因为向下转型存在风险,所以在接收到父类的一个引用时,请务必使用 instanceof 运算符来判断该对象是否是你所要的子类,请看下面的代码:

  总结:对象的类型转换在程序运行时检查,向上转型会自动进行,向下转型的对象必须是当前引用类型的子类。

  上面的代码,定义了三个类,分别是 Animal、Cat 和 Dog,Cat 和 Dog 类都继承自 Animal 类。obj 变量的类型为 Animal,它既可以指向 Animal 类的实例,也可以指向 Cat 和 Dog 类的实例,这是正确的。也就是说,父类的变量可以引用父类的实例,也可以引用子类的实例。注意反过来是错误的,因为所有的猫都是动物,但不是所有的动物都是猫。

  可以看出,obj 既可以是人类,也可以是猫、狗,它有不同的表现形式,这就被称为多态。多态是指一个事物有不同的表现形式或形态。

  再比如“人类”,也有很多不同的表达或实现,TA 可以是司机、教师、医生等,你憎恨自己的时候会说“下辈子重新做人”,那么你下辈子成为司机、教师、医生都可以,我们就说“人类”具备了多态性。

  首先检查父类中是否有该方法,如果没有,则编译错误;如果有,则检查子类是否覆盖了该方法。

  从上面的例子可以看出,多态的一个好处是:当子类比较多时,也不需要定义多个变量,可以只定义一个父类类型的变量来引用不同子类的实例。请再看下面的一个例子:

  Master 类的 feed 方法有两个参数,分别是 Animal 类型和 Food 类型,因为是父类,所以可以将子类的实例传递给它,这样 Master 类就不需要多个方法来给不同的动物喂食。

  假设调用 obj.func(param),obj 为 Cat 类的对象。需要注意的是,有可能存在多个名字为func但参数签名不一样的方法。例如,可能存在方法 func(int) 和 func(String)。编译器将会一一列举所有 Cat 类中名为func的方法和其父类 Animal 中访问属性为 public 且名为func的方法。

  如果在所有名为func的方法中存在一个与提供的参数签名完全匹配的方法,那么就选择这个方法。这个过程被称为重载解析(overloading resolution)。例如,如果调用 func(hello),编译器会选择 func(String),而不是 func(int)。由于自动类型转换的存在,例如 int 可以转换为 double,如果没有找到与调用方法参数签名相同的方法,就进行类型转换后再继续查找,如果最终没有匹配的类型或者有多个方法与之匹配,那么编译错误。

  3) 如果方法的修饰符是private、static、final(static和final将在后续讲解),或者是构造方法,那么编译器将可以准确地知道应该调用哪个方法,我们将这种调用方式 称为静态绑定(static binding)。

  与此对应的是,调用的方法依赖于对象的实际类型, 并在运行时实现动态绑。例如调用 func(hello),编泽器将采用动态绑定的方式生成一条调用 func(String) 的指令。

  4)当程序运行,并且釆用动态绑定调用方法时,JVM一定会调用与 obj 所引用对象的实际类型最合适的那个类的方法。我们已经假设 obj 的实际类型是 Cat,它是 Animal 的子类,如果 Cat 中定义了 func(String),就调用它,否则将在 Animal 类及其父类中寻找。

  每次调用方法都要进行搜索,时间开销相当大,因此,JVM预先为每个类创建了一个方法表(method lable),其中列出了所有方法的名称、参数签名和所属的类。这样一来,在真正调用方法的时候,虚拟机仅查找这个表就行了。在上面的例子中,JVM 搜索 Cat 类的方法表,以便寻找与调用 func(hello) 相匹配的方法。这个方法既有可能是 Cat.func(String),也有可能是 Animal.func(String)。注意,如果调用super.func(hello),编译器将对父类的方法表迸行搜索。

  实际上,Animal 也有默认的父类 Object(后续会讲解),会继承 Object 的方法,所以上面列举的方法并不完整。

  JVM 首先访问 obj 的实际类型的方法表,可能是 Animal 类的方法表,也可能是 Cat 类及其子类的方法表。

  JVM 在方法表中搜索与 cry() 匹配的方法,找到后,就知道它属于哪个类了。

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