【我与Java的成长记】之多态，重载与重写详解

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前言

本节目标：理解多态的思想，掌握多态的使用，理解什么是向上转型和向下转型

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一、多态的概念

多态的概念：通俗来说，就是多种形态，具体点就是去完成某个行为，当不同的对象去完成时会产生出不同的状态。（即同一件事情，发生在不同对象身上，就会产生不同的结果）

二、多态的实现条件

在Java中要实现多态，必须要满足如下几个条件，缺一不可：

1. 条件一：必须在继承体系下实现向上转型
2. 条件二：子类必须要对父类中方法进行重写
3. 条件三：通过父类的引用调用重写的方法
   完成以上三个条件，就会发生动态绑定，而动态绑定是多态的基础
   多态的体现：在代码运行时，当传递不同类对象时，会调用对应类中的方法

通过代码来解释一下：

class Parent{
    public void name(){
        System.out.println("I am father");
    }
}
class Son extends Parent{//条件一：必须在继承体系下
    public void name(){//条件二：子类必须要对父类中的方法进行重写
        System.out.println("I am son");
    }
}
class Daughter extends Parent{//条件一：必须在继承体系下
    public void name(){//条件二：子类必须要对父类中的方法进行重写
        System.out.println("I am daughter");
    }
}
public class test3 {
    public static void main(String[] args) {
        Parent parent1 = new Son();//父类的引用指向了子类1的对象
        Parent parent2 = new Daughter();//父类的引用指向了子类2的对象
        parent1.name();//条件三：通过父类的引用调整重写的方法
        parent2.name();
    }
}

三、补充：重载与重写

重载的概念

重载（overload）指在同一个类中，多个方法有同样的名称，但参数列表不同，这样的同名且不同参数的方法就称为方法重载。

重载的例子

class Test {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = 20;
        int ret = add(a, b);
        System.out.println("ret = " + ret);
        double a2 = 10.5;
        double b2 = 20.5;
        double ret2 = add(a2, b2);
        System.out.println("ret2 = " + ret2);
        double a3 = 10.5;
        double b3 = 10.5;
        double c3 = 20.5;
        double ret3 = add(a3, b3, c3);
        System.out.println("ret3 = " + ret3);
    }
    public static int add(int x, int y) {
        return x + y;
    }
    public static double add(double x, double y) {
        return x + y;
    }
    public static double add(double x, double y, double z) {
        return x + y + z;
    }
}

如上面的代码中，方法的名字都叫add，但是有的add是计算int相加，有的是double相加，有的计算两个数字相加，有的是计算三个数相加。
同一个方法名字，提供不同版本的实现就是方法重载。

重载的规则

针对同一个类：

• 方法名相同
• 方法的参数不同（参数个数或者参数类型）
• 方法的返回值类型不影响重载
• 当两个方法的名字相同，参数也相同，但是返回值不同的时候，不构成重载

重写的概念

重写（override）也称覆盖。重写是子类对父类非静态，非private修饰，非final修饰，非构造方法等的实现过程进行重写编写，返回值和形参都不能改变。即外壳不变，核心重写。重写的好处在于子类可以根据需求，定义特定于自己的行为，也就是说子类能够根据需要实现父类的方法。

重写的例子

class Shape{
    public void draw(){
        System.out.println("画图形！");
    }
}
class Rect extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画矩形");
    }
}
class Cycle extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("○");
    }
}
class Flower extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("?");
    }
}

重写的规则

• 子类在重写父类的方法时，一般必须与父类方法原型一致：返回值类型，方法名（参数列表）要完全一致。
• 被重写的方法返回值类型可以不同，但是必须是具有父子类关系的。
• 访问权限不能比父类中被重写的方法的访问权限更低。例如：如果父类方法被public修饰，则子类中重写该方法就不能声明为protected。（访问权限从小到大为：private，default，protected，public）
• 父类被static、private、final修饰的方法，构造方法都不能被重写
• 重写的方法，可以使用@Override注解来显式指定，有了这个注解能帮我们进行一些合法性校验。

重载与重写的区别

区别点	重写	重载
参数列表	一定不能修改	必须修改
返回类型	一定不能修改（除非可以构成父子类关系）	可以修改
访问限定符	一定不能做更严格的限制（可以降低限制）	可以修改
重点	重写是一个运行期概念	重载是一个编译期概念
	重写遵循“运行期绑定”，即在程序运行时，根据引用变量所指向的实际对象的类型来调用方法	重载遵循“编译期绑定”，即在编译时根据参数变量的类型判断应该调用哪个方法

即：方法重载是一个类的多态性表现，而方法重写是子类与父类的一种多态性表现。

补充：
静态绑定：也称为前期绑定（早绑定），即在编译时，根据用户所传递实参类型就确定了具体调用哪个方法。典型代表：方法重载
动态绑定：也称为后期绑定（晚绑定），即在编译时，不能确定方法的行为，需要等到程序运行时，才能确定具体调用哪个类的方法。

四、向上转型和向下转型

向上转型

向上转型：实际就是创建一个子类对象，将其当成父类对象来使用
语法格式：父类类型 对象名 = new 子类类型()

Animal animal = new Cat(“波斯猫”,3);

animal是父类类型，但可以引用一个子类对象，因为是从小范围向大范围的转换。

使用场景：

1. 直接赋值
2. 方法传参
3. 方法返回

向上转型的优点：让代码实现更简单灵活。
向上转型的缺陷：不能调用到子类特有的方法。

向下转型

向下转型：将一个子类对象经过向上转型之后当成父类方法使用，再无法调用子类的方法，但有时候可能需要调用子类特有的方法，此时：将父类引用再还原为子类对象即可，即向下转型。

向下转型用的比较少，而且不安全，万一转型失败，运行时就会抛异常。Java中为了提高向下转型的安全性，引入了instanceof，如果该表达式为true，则可以安全转换。

多态的优缺点

优点：

1. 能够降低代码的“圈复杂度”，避免使用大量的if-else

圈复杂度：圈复杂度是一种描述一段代码复杂程度的方式，一段代码如果平铺直叙，那么就比较简单容易理解，而如果有很多的条件分支或者循环语句，就认为理解起来更复杂
因此我们可以简单粗暴的计算一段代码中条件语句和循环语句出现的个数，这个个数就称为“圈复杂度”如果一个方法的圈复杂度太高，就需要考虑重构。

2. 可扩展能力更强

缺点：
多态缺陷：代码的运行效率降低

1. 属性没有多态性
   当父类和子类都有同名属性的时候，通过父类引用，只能引用父类自己的成员属性
2. 构造方法没有多态性

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