如何理解Java編程多態(tài)

本篇內(nèi)容介紹了“如何理解Java編程多態(tài)”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

目錄

• 一、向上轉(zhuǎn)型

• 二、轉(zhuǎn)機(jī)

• 1、綁定

• 2、擴(kuò)展性

• 3、缺陷

• 三、構(gòu)造器與多態(tài)

• 1、構(gòu)造器的調(diào)用順序

• 2、構(gòu)造器內(nèi)部的多態(tài)方法的行為

• 四、協(xié)變返回類型
  

• 五、繼承進(jìn)行設(shè)計(jì)

前言：

封裝，是合并屬性和行為創(chuàng)建一種新的數(shù)據(jù)類型，繼承是建立數(shù)據(jù)類型之間的某種關(guān)系(is-a)，而多態(tài)就是這種關(guān)系在實(shí)際場(chǎng)景的運(yùn)用。

多態(tài)就是把做什么和怎么做分開了；其中，做什么是指調(diào)用的哪個(gè)方法[play 樂器]，怎么做是指實(shí)現(xiàn)方案[使用A樂器 使用B樂器]，''分開了''指兩件事不在同一時(shí)間確定。

一、向上轉(zhuǎn)型

對(duì)象既可以作為它本身的類型使用，也可以作為它的基類型使用，而這種把對(duì)某個(gè)對(duì)象的引用視為對(duì)其基類型的引用的做法就是向上轉(zhuǎn)型。

example：

public enum Note {
 // 演奏樂符
    MIDDLE_C, C_SHARP, B_FLAT;

}
public class Instrument {

 // 樂器基類
    public void play(Note n) {
        print("Instrument.play()");
    }

}
public class Wind extends Instrument{

 // Wind是一個(gè)具體的樂器
    // Redefine interface method:
    public void play(Note n) {
        System.out.println("Wind.play() " + n);
    }

}
public class Music {

 // 樂器進(jìn)行演奏
    public static void tune(Instrument i) {
        i.play(Note.MIDDLE_C);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Wind flute = new Wind();
        tune(flute); // 向上轉(zhuǎn)型
    }
}

好處：

在上面例子中，如果讓tune方法接受一個(gè)Wind引用作為自己的參數(shù)，似乎看起來更為直觀，但是會(huì)引發(fā)一個(gè)問題：這個(gè)時(shí)候你就需要為系統(tǒng)中Instrument的每種類型都編寫一個(gè)新的tune方法。所以我們只寫一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，僅僅接收基類作為參數(shù)，而不是特殊的導(dǎo)出類，這么做情況不是變得更好嗎。

example：

class Stringed extends Instrument {
    public void play(Note n) {
        print("Stringed.play() " + n);
    }
}


class Brass extends Instrument {
    public void play(Note n) {
        print("Brass.play() " + n);
    }
}


public class Music2 {
    public static void tune(Wind i) {
        i.play(Note.MIDDLE_C);
    }

    public static void tune(Stringed i) {
        i.play(Note.MIDDLE_C);
    }


    public static void tune(Brass i) {
        i.play(Note.MIDDLE_C);

    }
    public static void main(String[] args) {
        Wind flute = new Wind();
        Stringed violin = new Stringed();
        Brass frenchHorn = new Brass();
        tune(flute); // No upcasting
        tune(violin);
        tune(frenchHorn);
    }
}

二、轉(zhuǎn)機(jī)

public static void tune(Instrument i) {
    // ...
    i.play(Note.MIDDLE_C);

}

在上面這個(gè)方法中，它接收一個(gè)Instrument引用，那么在這種情況下，編譯器怎么樣才能知道這個(gè)instrument引用指向的是Wind對(duì)象呢？ ——通過后期綁定

1、綁定

將一個(gè)方法調(diào)用同一個(gè)方法主體關(guān)聯(lián)起來稱為綁定。

在程序執(zhí)行前進(jìn)行綁定，就是前期綁定，比如C語(yǔ)言就只有一種方法調(diào)用，就是前期綁定。

在運(yùn)行時(shí)根據(jù)對(duì)象的類型進(jìn)行綁定就是后期綁定，也叫做動(dòng)態(tài)綁定或者運(yùn)行時(shí)綁定。

Java中除了static方法和final方法之外，其它所有方法都是后期綁定，這意味著通常情況下，我們不必判定是否應(yīng)該進(jìn)行后期綁定——它會(huì)自動(dòng)發(fā)生。

2、擴(kuò)展性

由于有多態(tài)機(jī)制，所以可根據(jù)自己的需要向系統(tǒng)里加入任意多的新類型，同時(shí)毋需更改 true()方法。在一個(gè)設(shè)計(jì)良好的 OOP 程序中，我們的大多數(shù)或者所有方法都會(huì)遵從 tune()的模型，而且只與基礎(chǔ)類接口通信。我們說這樣的程序具有“擴(kuò)展性”，因?yàn)榭梢詮耐ㄓ玫幕A(chǔ)類繼承新的數(shù)據(jù)類型，從而新添一些功能。如果是為了適應(yīng)新類的要求，那么對(duì)基礎(chǔ)類接口進(jìn)行操縱的方法根本不需要改變，
對(duì)于樂器例子，假設(shè)我們?cè)诨A(chǔ)類里加入更多的方法[what/adjust]，以及一系列新類[Woodwind/Brass]，，

例子：

class Instrument {
    void play(Note n) { print("Instrument.play() " + n); }
    String what() { return "Instrument"; }
    void adjust() { print("Adjusting Instrument"); }
}


class Wind extends Instrument {
    void play(Note n) { print("Wind.play() " + n); }
    String what() { return "Wind"; }
    void adjust() { print("Adjusting Wind"); }
}


class Percussion extends Instrument {
    void play(Note n) { print("Percussion.play() " + n); }
    String what() { return "Percussion"; }
    void adjust() { print("Adjusting Percussion"); }
}

class Stringed extends Instrument {
    void play(Note n) { print("Stringed.play() " + n); }
    String what() { return "Stringed"; }
    void adjust() { print("Adjusting Stringed"); }
}


class Brass extends Wind {
    void play(Note n) { print("Brass.play() " + n); }
    void adjust() { print("Adjusting Brass"); }
}


class Woodwind extends Wind {
    void play(Note n) { print("Woodwind.play() " + n); }
    String what() { return "Woodwind"; }
}


public class Music3 {
    // Doesn't care about type, so new types
    // added to the system still work right:
    public static void tune(Instrument i) {
        // ...
        i.play(Note.MIDDLE_C);
    }

    public static void tuneAll(Instrument[] e) {
        for(Instrument i : e)
            tune(i);
    }
    public static void main(String[] args) {
        // Upcasting during addition to the array:
        Instrument[] orchestra = {
            new Wind(),
            new Percussion(),
            new Stringed(),
            new Brass(),
            new Woodwind()
        };
        tuneAll(orchestra);
    }
}

為樂器系統(tǒng)添加更多的類型，而不用改動(dòng)tune方法。tune方法完全可以忽略它周圍代碼所發(fā)生的全部變化，依舊正常運(yùn)行。

3、缺陷

私有方法

private方法被自動(dòng)修飾為final，而且對(duì)導(dǎo)出類是屏蔽的，所以在子類Derived類中的f方法是一個(gè)全新的方法。既然基類中的f方法在在子類Derived中不可見，那么也不能被重載。

域與靜態(tài)方法

任何域(field)的訪問操作都是由編譯器解析的，因此不是多態(tài)的。

如果某個(gè)方法是靜態(tài)的，那么它就不具有多態(tài)性

三、構(gòu)造器與多態(tài)

通常，構(gòu)造器不同于其它方法，涉及到多態(tài)時(shí)也是如此。構(gòu)造器是不具有多態(tài)性的

1、構(gòu)造器的調(diào)用順序

基類的構(gòu)造器總是在導(dǎo)出類的構(gòu)造過程中被調(diào)用，而且按照繼承層次逐漸向上鏈接。使得每個(gè)基類的構(gòu)造器都能得到調(diào)用。

2、構(gòu)造器內(nèi)部的多態(tài)方法的行為

構(gòu)造器調(diào)用的層次結(jié)構(gòu)帶來一個(gè)問題：如果在一個(gè)構(gòu)造器內(nèi)部調(diào)用正在構(gòu)造的對(duì)象的某個(gè)動(dòng)態(tài)綁定方法，會(huì)發(fā)生什么？

public class Glyph {

    void draw() { print("Glyph.draw()"); }
    Glyph() {
        print("Glyph() before draw()");
        draw(); // 調(diào)用正在構(gòu)造的對(duì)象的某個(gè)動(dòng)態(tài)綁定方法，對(duì)象的字段radius被初始化為0
        print("Glyph() after draw()");
    }

}


public class RoundGlyph extends Glyph{

    private int radius = 1;

    RoundGlyph(int r) {
        radius = r;
        print("RoundGlyph.RoundGlyph(), radius = " + radius);
    }
    void draw() {
        print("RoundGlyph.draw(), radius = " + radius);
    }


}


public class PolyConstructors {
    
    public static void main(String[] args) {
        new RoundGlyph(5);
    }
    
}

/* Output:
    Glyph() before draw()
    RoundGlyph.draw(), radius = 0
    Glyph() after draw()
    RoundGlyph.RoundGlyph(), radius = 5
*///:~

在Glyph的構(gòu)造器中，我們調(diào)用了draw方法，因?yàn)檫@個(gè)是動(dòng)態(tài)綁定方法的緣故，我們就會(huì)調(diào)用導(dǎo)出類RoundGlyph中的draw方法，但是這個(gè)方法操縱的成員radius還沒初始化，所以就體現(xiàn)出問題了，結(jié)果中第一次輸出radius為0。

所以初始化的實(shí)際過程是：

• 1 在其他任何事物之前，將分配給對(duì)象的存儲(chǔ)空間初始化成二進(jìn)制的零

• 2 如前所述調(diào)用基類構(gòu)造器

• 3 按照聲明的順序調(diào)用成員的初始化方法

• 4 調(diào)用導(dǎo)出類的構(gòu)造器主體

四、協(xié)變返回類型

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，協(xié)變返回類型指的是子類中的成員函數(shù)的返回值類型不必嚴(yán)格等同于父類中被重寫的成員函數(shù)的返回值類型，而可以是更 "狹窄" 的類型。

Java 5.0添加了對(duì)協(xié)變返回類型的支持，即子類覆蓋（即重寫）基類方法時(shí)，返回的類型可以是基類方法返回類型的子類。協(xié)變返回類型允許返回更為具體的類型。

例子：

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.InputStream;

class Base
{
    //子類Derive將重寫此方法，將返回類型設(shè)置為InputStream的子類
   public InputStream getInput()
   {
    　　return System.in;
   }
}
public  class Derive extends Base
{

    @Override
    public ByteArrayInputStream getInput()
    {

        return new ByteArrayInputStream(new byte[1024]);
    }
    public static void main(String[] args)
    {
        Derive d=new Derive();
        System.out.println(d.getInput().getClass());
    }
}
/*程序輸出：
class java.io.ByteArrayInputStream
*/

五、繼承進(jìn)行設(shè)計(jì)

class Actor {
 public void act() {
 }
}
 
class HappyActor extends Actor {
 public void act() {
  System.out.println("HappyActor");
 }
}
 
class SadActor extends Actor {
 public void act() {
  System.out.println("SadActor");
 }
}
 
class Stage {
 private Actor actor = new HappyActor();
 
 public void change() {
  actor = new SadActor();
 }
 
 public void performPlay() {
  actor.act();
 }
}
 
public class Transmogrify {
 public static void main(String[] args) {
  Stage stage = new Stage();
  stage.performPlay();
  stage.change();
  stage.performPlay();
 }
 
}

輸出:

  HappyActor
    SadActor

一條通用的準(zhǔn)則是：“用繼承表達(dá)行為間的差異，并用字段表達(dá)狀態(tài)上的變化”。在上述例子中，兩者都用到了：通過繼承得到了兩個(gè)不同的類，用于表達(dá) act()方法的差異：而 Stage通過運(yùn)用組合使自己的狀態(tài)發(fā)生了變化。在這種情況下，這種狀態(tài)的改變也就產(chǎn)生了行為的改變。

“如何理解Java編程多態(tài)”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí)可以關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實(shí)用文章！