【深入理解多态】从“妈妈我想吃烤山药”讲起
目录
1、从吃烤山药重新认识多态
2、 多态前提条件【重点】
3、 多态的体现
4、向上转型
5、向下转型
6、向上向下转型再次分析【加餐不加价】
7、多态与构造器之间的微妙
8、多态的优点
9、分析开篇的九个问题
10、最后我们一起来正式分析那九个题
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在我认为多态绝对是面向对象的第三大特性中让很多小白同学以及初学者难以跨越的鸿沟，因为多态有很多细节性的知识，不花点时间，还真不好理解多态。这么说吧，如果你觉得你已经完全理解了多态，你不妨做做下面的程序，如果你能全都答对，那没问题了，多态对你来说真的不是问题！如果在第四个就趴下了，那可以看看这篇文章，或许对你有所帮助，可能会让你重新见识到多态的魅力。
package Polymorphic;
//爷爷类
class Ye {
public String show(Sun obj) {
return ("Ye and Sun");
}
public String show(Ye obj) {
return ("Ye and Ye");
}
}
//爸爸类
class Fu extends Ye {
public String show(Fu obj) {
return ("Fu and Fu");
}
public String show(Ye obj) {
return ("Fu and Ye");
}
}
//儿子类
class Zi extends Fu {
}
//孙子类
class Sun extends Fu {
}
public class PolymorphicTest {
public static void main(String[] args) {
Ye y = new Ye();
Ye y2 = new Fu(); //向上
Fu f = new Fu();
Zi z = new Zi();
Sun s = new Sun();
System.out.println("第一题 " + y.show(f));
System.out.println("第二题 " + y.show(z));
System.out.println("第三题 " + y.show(s));
System.out.println("第四题 " + y2.show(f)); //到这里挂了？？？
System.out.println("第五题 " + y2.show(z));
System.out.println("第六题 " + y2.show(s));
System.out.println("第七题 " + f.show(f));
System.out.println("第八题 " + f.show(z));
System.out.println("第九题 " + f.show(s));
}
}
先把答案记在小本本上吧，再对照下面结果看看
第一题 Ye and Ye
第二题 Ye and Ye
第三题 Ye and Sun
第四题 Fu and Ye
第五题 Fu and Ye
第六题 Ye and Sun
第七题 Fu and Fu
第八题 Fu and Fu
第九题 Ye and Sun
如果你对上面的结果很意外，或者不解，那么恭喜你，你又能学到新知识了，成功的向架构师前进了一步！好了，让我们一起重新见识见识多态的魅力吧！
1、从吃烤山药重新认识多态
最近不是正火着吃烤山药么，学习就要走有趣化路线，毕竟兴趣永远最好的老师，咋们放开点，怎么有趣怎么来。
小明妈妈的情绪非常不稳定，心情好的时候巴不得给小明花一个亿，，心情不好的时候巴不得把小明打成麻瓜，可是小明永远不知道妈妈的情绪变化。这不，今天一位老大爷在卖烤山药，边烤还边跳激光雨，嗨得不行，小明特别喜欢激光雨，马上就忍不住了，心里默默想着，刚烤的山药它不香嘛，激光雨烤的山药它不香嘛。于是忍不住对妈妈说：“妈妈，我想吃烤山药”，这个时候，来了,来了,他来了，它真的来了....你激动个锤子啊......是代码来了：
package Polymorphic;
class Matcher{
public void matcherSpeak(){
System.out.println("想吃烤山药？");
}
}
class HappyMother extends Matcher {
public void matcherSpeak(){
System.out.println("开心的妈妈说：吃，吃大块的，一火车够吗");
}
}
class SadMother extends Matcher {
public void matcherSpeak(){
System.out.println("不开心的妈妈说：吃你个憨皮，看我回家扎不扎你就完事了");
}
}
class VeryHappyMother extends Matcher {
public void matcherSpeak(){
System.out.println("异常开心的妈妈说：买买买，烤山药咱全买了，顺便把大爷也买回家，天天给你表演激光雨（大爷懵逼中）");
}
}
public class UnderstandPolymorphic{
public static void main(String[] args) {
Matcher m = new HappyMother();
m.matcherSpeak();
m = new SadMother();
m.matcherSpeak();
m = new VeryHappyMother();
m.matcherSpeak();
}
}
运行结果：
开心的妈妈说：吃，吃大块的，一火车够吗
不开心的妈妈说：吃你个憨皮，看我回家扎不扎你就完事了
异常开心的妈妈说：买买买，烤山药咱全买了，顺便把大爷也买回家，天天给你表演激光雨（大爷懵逼中）
妈妈听到小明想吃烤山药这同一行为，表现出不同的表现形式，这就是多态。多态专业定义则是：程序中定义的引用变量所指向的具体类型和通过该引用变量发出的方法调用在编程时并不确定，而是在程序运行期间才确定，这种情况叫做多态没错是没错就是脑壳有点大，所以我选择简单点定义多态： 多态指同一行为，具有多个不同表现形式。为何会有如此微妙的变化呢，那我们就必须了解进行多态的前提了。
2、 多态前提条件【重点】
如果多态不能满足以下三个前提条件，那还玩犊子的多态【构不成多态，缺一不可】
继承或者实现【二选一】
方法的重写【意义体现：不重写，无意义】
子类对父类中某些方法进行重新定义，在调用这些方法时就会调用子类的方法。
父类引用指向子类对象（也可以说向上转型）【体现在格式上】
回过头来看烤山药例子，确实都有继承，同样都重写了motherSpeak（）方法，最关键的代码则是
Matcher m = new HappyMother();
也就是所谓的 父类引用指向子类对象，这其实就是向上转型！对向上转型概念不清晰没事，下面会详细讲解。
3、 多态的体现
多态体现的格式： 父类/父接口类型 变量名 = new 子类对象； 变量名.方法名();
当使用多态方式调用方法时，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，执行的是子类重写后的方法，也就是向上转型时， 子类单独定义的方法丢失问题。编译报错。 代码如下：
package Demo;
class Matcher{
public void matcherSpeak(){//=========================父类matcherSpeak()方法
System.out.println("吃烤山药？");
}
}
class HappyMother extends Matcher {
public void matcherSpeak(){//=========================子类matcherSpeak()方法
System.out.println("开心的妈妈说：吃，吃大块的，一蛇皮袋够吗");
}
public void fatherSpeak(){//=========================子类独有的fatherSpeak()方法
System.out.println("开心的妈妈说：吃，吃大块的，一麻袋够吗");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Matcher m=new HappyMother();
m.matcherSpeak();
m.fatherSpeak(); //编译失败，无法解析fatherSpeak方法
}
}
分析如下：
在这里插入图片描述
当然这个例子只是入门级的，接下来看个有点水平的例子
package Demo;
class Matcher{
public void matcherSpeak(){
System.out.println("想吃烤山药？");
}
}
class HappyMother extends Matcher {
public void matcherSpeak(){
System.out.println("开心的妈妈说：吃，吃大块的，一火车够吗");
}
}
class SadMother extends HappyMother{
public void tt(){
System.out.println("ttttttt");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Matcher mm=new SadMother();
mm.matcherSpeak();
}
运行结果：开心的妈妈说：吃，吃大块的，一火车够吗
}
有了第一个基础这个相信不难理解，接着看
package Demo;
class Matcher{
public void matcherSpeak(){
System.out.println("想吃烤山药？");
}
}
class HappyMother extends Matcher {
}
class SadMother extends HappyMother{
public void tt(){
System.out.println("ttttttt");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Matcher mm=new SadMother();
mm.matcherSpeak();
}
运行结果：想吃烤山药？
}
到这里，再来回味下这句话：
当使用多态方式调用方法时，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，执行的是子类重写后的方法
你可能会说子类中都没有这些个方法啊，何来执行子类重写后的方法一说？它好像是去父类中找该方法了。事实上，子类中是有这些方法的，这个方法继承自父类，只不过没有覆盖该方法，所以没有在子类中明确写出来而已，看起来像是调用了父类中的方法，实际上调用的还是子类中的。同学继承方面的知识该补补了，可以参考下面这篇【java基础】java继承从“我爸是李刚”讲起
4、向上转型
向上转型：多态本身是子类类型向父类类型向上转换的过程，其中，这个过程是默认的。你可以把这个过程理解为基本类型的小类型转大类型自动转换，不需要强制转换。 当父类引用指向一个子类对象时，便是向上转型。 向上转型格式：
父类类型 变量名 = new 子类类型(); 如：Father f= new Son();
例子的话，烤山药的例子就是一个典型的向上转型例子
5、向下转型
向下转型：父类类型向子类类型向下转换的过程，这个过程是强制的。同样可以把这个过程理解为基本类型的自动转换，大类型转小类型需要强制转换。一个已经向上转型的子类对象，将父类引用转为子类引用，可以使用强制类型转换的格式，向下转使用格式：
Father father = new Son();
子类类型 变量名 = (子类类型) 父类变量名; 如:Son s =(Son) father;
不知道你们有没有发现，向下转型的前提是父类对象指向的是子类对象（也就是说，在向下转型之前，它得先向上转型），当然，向下转型还是有它的意义所在，下面就讲解向下转型的意义。
到这里，我们讲解一下为什么要向下转型？上面已经讲到过当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误。也就是说，不能调用子类拥有，而父类没有的方法。编译都错误，更别说运行了。这也是多态给我们带来的一点"小麻烦"。所以，想要调用子类特有的方法，必须做向下转型。
package Demo;
class Matcher{
public void eat(){
System.out.println("想吃烤山药？");
}
}
class XiongHaiZi extends Matcher {
public void eat(){
System.out.println("妈妈，我想吃烤山药");
}
public void eatSuLi(){//============================子类特有的eatSuLi方法
System.out.println("麻麻，我想吃酥梨，要吃麻瓜那么大的酥梨");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Matcher m = new XiongHaiZi();//向上转型
XiongHaiZi x = (XiongHaiZi)m;//向下转型
x.eatSuLi();//执行子类特有方法
}
运行结果：麻麻，我想吃酥梨，要吃麻瓜那么大的酥梨
}
好了向下转型就讲到这里...等等，你真的以为就讲完了？肯定不行喽，向下转型还有一个要说的知识，讲之前先来看个程序先
package Demo;
class Matcher{
public void eat(){
System.out.println("想吃烤山猪？");
}
}
class Boy extends Matcher {
public void eatKaoYang(){
System.out.println("妈妈，我想吃烤山猪");
}
}
class Girl extends Matcher {
public void eatKaoYang(){
System.out.println("妈妈，我想吃烤山猪2333");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Matcher g = new Girl();//向上转型编译通过
Boy x = (Boy)g;//向下转型
x.eatKaoYang();//编译通过,但运行报ClassCastException
}
运行结果： 运行报ClassCastException
}
这段代码可以通过编译，但是运行时，却报出了 ClassCastException ，类型转换异常！这是因为，明明创建了Girl类型对象，运行时，当然不能转换成Boy对象的。这两个类型并没有任何继承关系，不符合类型转换的定义。 为了避免ClassCastException的发生，Java提供了 instanceof 关键字，给引用变量做类型的校验。
instanceof的使用
instanceof 的格式：
变量名 instanceof 数据类型
instanceof 的使用
如果变量属于该数据类型，返回true。
如果变量不属于该数据类型，返回false。
所以，转换前，我们最好使用instanceof 先做一个判断，代码如下：
package Demo;
class Matcher{
public void eat(){
System.out.println("想吃烤山药？");
}
}
class Boy extends Matcher {
public void eatKaoYang(){
System.out.println("Boy：妈妈，我想吃烤羊");
}
}
class Girl extends Matcher {
public void eatKaoYang(){
System.out.println("Girl：妈妈，我想吃烤全羊2333");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Matcher g = new Girl();//向上转型
if(g instanceof Girl){
Girl x = (Girl)g;//向下转型
x.eatKaoYang(); //=====================调用Girl的eatKaoYang()方法
}else if(g instanceof Boy){ //不执行
Boy x = (Boy)g;//向下转型
x.eatKaoYang(); //=====================调用Boy的eatKaoYang()方法
}
}
}
运行结果： Girl：妈妈，我想吃烤全羊2333
好了到这里，你get到了咩？
6、向上向下转型再次分析【加餐不加价】
看完之后是不是还是不够清晰向上向下转型？多态转型问题其实并不复杂，只要记住一句话：父类引用指向子类对象。那什么叫父类引用指向子类对象？看下面例子吧
有两个类，Father 是父类，Son 类继承自 Father。
第 1 个例子：
// f1 引用指向一个Son对象
Father f1 = new Son(); // 这就叫 upcasting （向上转型)
// f1 还是指向 Son对象
Son s1 = (Son)f1; // 这就叫 downcasting (向下转型)
第 2 个例子：
// f1现在指向father对象
Father f2 = new Father();
Son s2 = (Son)f2; // 出错，子类引用不能指向父类对象
你或许会问，第1个例子中：Son s1 = (Son)f1; 为什么是正确的呢。很简单因为 f1 指向一个子类对象，Father f1 = new Son(); 子类 s1 引用当然可以指向子类对象了。
而 f2 被传给了一个 Father 对象，Father f2 = new Father(); 子类 s2 引用不能指向父类对象。
7、多态与构造器之间的微妙
直接上代码：
package Polymorphic;
class EatKaoShanYao {
EatKaoShanYao () {
System.out.println("吃烤山药之前...");
eat();
System.out.println("吃烤山药之后(熊孩子懵逼中)....");
}
public void eat() {
System.out.println("7岁半就喜欢吃烤山药");
}
}
public class KaoShanYao extends EatKaoShanYao {
private String Weight = "110斤";
public KaoShanYao(String Weight) {
this.Weight = Weight;
System.out.println("熊孩子的体重：" + this.Weight);
}
public void eat() { // 子类覆盖父类方法
System.out.println("熊孩子吃烤山药之前的体重是：" + this.Weight);
}
//Main方法
public static void main(String[] args) {
EatKaoShanYaok = new KaoShanYao("250斤");
}
}
童鞋们可以试想一下运行结果，再看下面的输出结果
运行结果：
吃烤山药之前...
熊孩子吃烤山药之前的体重是：null
吃烤山药之后(熊孩子懵逼中)....
熊孩子的体重：250斤
是不是很疑惑？结果为啥是这样？你看，熊孩子又懵逼了，Why？
原因其实很简单，因为在创建子类对象时，会先去调用父类的构造器，而父类构造器中又调用了被子类覆盖的多态方法，由于父类并不清楚子类对象中的属性值是什么（先初始化父类的时候还没开始初始化子类），于是把String类型的属性暂时初始化为默认值null，然后再调用子类的构造器（这个时子类构造器已经初始Weight属性，所以子类构造器知道熊孩子的体重Weight是250）。
如果有什么不理解的可以及时告诉我，楼主一直都在，还有如果楼主哪里写错了或者理解错了，请及时告诉我，一定要告诉我！！！
8、多态的优点
讲了这么久的多态，我觉得其优点已经不明觉厉了。但是还是来聊聊多态在实际开发的过程中的优点。在实际开发中父类类型作为方法形式参数，传递子类对象给方法，进行方法的调用，更能体现出多态的扩展 性与便利。
为了更好的对比出多态的优点，下面程序不使用多态，代码如下：
package Demo;
//父类：动物类
class Animal{
public void eat(){
System.out.println("eat");
}
}
//猫类
class Cat {
//方法重写
public void eat(){
System.out.println("猫吃猫骨头");
}
public void call(){
System.out.println("猫叫");
}
}
//狗类
class Dog {
public void eat(){
System.out.println("狗吃狗骨头");
}
public void call(){
System.out.println("狗叫");
}
}
//针对动物操作的工具类
class AnimalTool{
private AnimalTool(){}//把工具类的构造方法私有，防止别人创建该类的对象。
//调用猫的功能
public static void catLife(Cat c){ //工具类，方法就写成static的，然后直接在测试类：工具类名.方法 使用。
c.eat();
c.call();
}
//调用狗的功能
public static void dogLife(Dog d){
d.eat();
d.call();
}
}
public class Test{
public static void main(String[] args){
Cat c= new Cat();
AnimalTool.catLife(c);
Dog d= new Dog();
AnimalTool.dogLife(d);
}
}
运行结果：
猫吃猫骨头
猫叫
狗吃狗骨头
狗叫
这里只写了两只动物，如果再来一种动物猪，则需要定义个猪类，提供猪的两个方法，再到工具类中添加对应的XXLife方法，这三步都是必须要做的，而且每多一种动物就需要在工具类中添加一种一个对应的XXLife方法，这样维护起来就很麻烦了，毕竟动物种类成千上万！崩溃吧，没事多态来拯救你，如下使用多态代码：
package Demo;
//父类：动物类
class Animal{
public void eat(){
System.out.println("eat");
}
public void call(){
System.out.println("call");
}
}
//猫类
class Cat extends Animal {
//方法重写
public void eat(){
System.out.println("猫吃猫骨头");
}
public void call(){
System.out.println("猫叫");
}
}
//狗类
class Dog extends Animal {
public void eat(){
System.out.println("狗吃狗骨头");
}
public void call(){
System.out.println("狗叫");
}
}
//针对动物操作的工具类
class AnimalTool{
private AnimalTool(){}//最好把工具类的构造方法私有，防止别人创建该类的对象。该类是工具类。
//调用所以动物的功能
public static void animalLife(Animal a){ //工具类，方法就写成static的，然后直接在测试类：工具类名.方法 使用。
a.eat();
a.call();
}
}
public class Test{
public static void main(String[] args){
Cat c= new Cat();
AnimalTool.animalLife(c);
Dog d= new Dog();
AnimalTool.animalLife(d);
运行结果：
猫吃猫骨头
猫叫
狗吃狗骨头
狗叫
}
}
注意： 上面动物类都继承了animal父类
这个时候再分析，如果再来一种动物猪，则需要定义个猪类，提供猪的两个方法，再继承Animal父类，这个时候就不需要在工具类中添加对应的XxLife方法，只写一个animalLife方法即可，而且每多一种动物都不需要在工具类中添加对应的XxLife方法，这样维护起来就很乐观了。
由于多态特性的支持，animalLife方法的Animal类型，是Cat和Dog的父类类型，父类类型接收子类对象，当 然可以把Cat对象和Dog对象传递给方法。 当eat和call方法执行时，多态规定，执行的是子类重写的方法，那么效果自然与Animal的子类中的eat、call方法一致， 所以animalLife完全可以替代以上两方法。 不仅仅是替代，在扩展性方面，无论之后再多的子类出现，我们都不需要编写XxLife方法了，直接使用 animalLife就可以完成。 所以，多态的好处，体现在可以使程序编写的更简单，并有良好的扩展。
9、分析开篇的九个问题
看到这里，相信童鞋们多多少少都应该对多态都一定的了解了，都应该很有信心解决开篇的难题了吧，我可以很负责的告诉你，文章看到这里，你依旧解决不了这几个问题，不要问我为啥知道，你可以试着再做一遍，代码贴在下面：
package Polymorphic;
//爷爷类
class Ye {
public String show(Sun obj) {
return ("Ye and Sun");
}
public String show(Ye obj) {
return ("Ye and Ye");
}
}
//爸爸类
class Fu extends Ye {
public String show(Fu obj) {
return ("Fu and Fu");
}
public String show(Ye obj) {
return ("Fu and Ye");
}
}
//儿子类
class Zi extends Fu {
}
//孙子类
class Sun extends Fu {
}
public