Java学习-多态

多态的基本理解

多态是同一个行为具有多个不同表现形式或形态的能力。是同一个接口，使用不同的实例而执行不同操作

网上也有另一种解释：多态就是指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，即一个引用变量倒底会指向哪个类的实例对象，该引用变量发出的方法调用到底是哪个类中实现的方法，必须在由程序运行期间才能决定。因为在程序运行时才确定具体的类，这样，不用修改源程序代码，就可以让引用变量绑定到各种不同的类实现上，从而导致该引用调用的具体方法随之改变，即不修改程序代码就可以改变程序运行时所绑定的具体代码，让程序可以选择多个运行状态

上面的说法有些难以理解，举个例子来说明一下：想象一下作为一个乐器收藏家的你，收集了很多的乐器，有Wind（管乐器），Stringed（弦乐）和Brass（管乐），你拿起任意一个乐器来都可以进行演奏，我们可以描述如下：

乐器 a=管乐器
乐器 b=弦乐
乐器 c=管乐

这里所表现的就是多态。管乐器、玄月、管乐都是乐器的子类，我们只通过乐器这一父类就能够引用不同的子类，这就是多态——我们只有在运行时才会知道引用变量所指向的具体实例对象。

同时在这里我们也要先弄清楚什么是“向上转型”。在上面的例子中，乐器（Instrument）是父类，管乐器（Wind）,弦乐（Stringed）,管乐（Brass）是子类。我们定义如下代码：

Wind a=new Wind();

对于这个代码我们非常容易理解，就是实例化了一个管乐器的对象。但是下面这种呢？

Instrument a=new Wind();

在这里，定义了一个Instrument类型的a，它指向了Wind对象实例。由于Wind是继承于Instrument的，所以Wind可以自动向上转型为Instrument,所以父类a的引用可以指向Wind实例对象的。这样有一个很大的好处是在继承中我们知道子类是父类的扩展，它可以提供比父类更加强大的功能，如果我们定义了一个指向子类的父类引用类型，那么它除了能够引用父类的共性外，还可以使用子类强大的功能。

但是向上转型存在一些缺憾，那就是它必定会导致一些方法和属性的丢失，而导致我们不能够获取它们。所以父类类型的引用可以调用父类中定义的所有属性和方法，对于只存在与子类中的方法和属性它就望尘莫及了。

public class Instrument{
    public void play1(){
        System.out.println("Instrument 的play1.....");
        play2();
    }
    
    public void play2(){
        System.out.println("Instrument 的play2...");
    }
}

public class Wind extends Instrument{
    /**
     * @desc 子类重载父类方法
     *        父类中不存在该方法，向上转型后，父类是不能引用该方法的
     * @param a
     * @return void
     */
    public void play1(String a){
        System.out.println("Wind 的 play1...");
        play2();
    }
    
    /**
     * 子类重写父类方法
     * 指向子类的父类引用调用fun2时，必定是调用该方法
     */
    public void play2(){
        System.out.println("Wind 的play2...");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Instrumenta = new Wind();
        a.play1();
    }
}
-------------------------------------------------
Output:
Instrument 的play1.....
Wind 的play2...

从程序的运行结果中我们发现，a.play1()首先是运行父类Instrument中的play1().然后再运行子类Wind中的play2()。

分析：在这个程序中子类Wind重载了父类Instrument的方法play1()，重写play2()，而且重载后的play1(String a)与 play1()不是同一个方法，由于父类中没有该方法，向上转型后会丢失该方法，所以执行Wind的Instrument类型引用是不能引用play1(String a)方法。而子类Wind重写了play2() ，那么指向Wind的会引用会调用Wind中play2()方法。

所以对于多态我们可以总结如下：

指向子类的父类引用由于向上转型了，它只能访问父类中拥有的方法和属性，而对于子类中存在而父类中不存在的方法，该引用是不能使用的，尽管是重载该方法。若子类重写了父类中的某些方法，在调用该些方法的时候，必定是使用子类中定义的这些方法。

对于面向对象而已，多态分为编译时多态和运行时多态。其中编辑时多态是静态的，主要是指方法的重载，它是根据参数列表的不同来区分不同的函数，通过编辑之后会变成两个不同的函数，在运行时谈不上多态。而运行时多态是动态的，它是通过动态绑定来实现的，也就是我们所说的多态性。

多态的实现

实现条件

在刚刚开始就提到了继承在为多态的实现做了准备。子类Child继承父类Father，我们可以编写一个指向子类的父类类型引用，该引用既可以处理父类Father对象，也可以处理子类Child对象，当相同的消息发送给子类或者父类对象时，该对象就会根据自己所属的引用而执行不同的行为，这就是多态。即多态性就是相同的消息使得不同的类做出不同的响应。

Java实现多态有三个必要条件：继承、重写、向上转型。

继承：在多态中必须存在有继承关系的子类和父类。

重写：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。

向上转型：在多态中需要将子类的引用赋给父类对象，只有这样该引用才能够具备技能调用父类的方法和子类的方法。

只有满足了上述三个条件，我们才能够在同一个继承结构中使用统一的逻辑实现代码处理不同的对象，从而达到执行不同的行为。

对于Java而言，它多态的实现机制遵循一个原则：当超类对象引用变量引用子类对象时，被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法，但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是说被子类覆盖的方法。

实现形式

Java中有两种形式可以实现多态：继承和接口。

基于继承实现的多态

基于继承的实现机制主要表现在父类和继承该父类的一个或多个子类对某些方法的重写，多个子类对同一方法的重写可以表现出不同的行为。

public class Instrument {
    private String name;
    
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Instrument(){
    }
    
    public String play(){
        return "演奏的是 " + getName();
    }
    
    /**
     * 重写toString()
     */
    public String toString(){
        return null;
    }
}

public class Wind extends Instrument{
    public Wind(){
        setName("Wind");
    }
    
    /**
     * 重写父类方法，实现多态
     */
    public String play(){
        return "演奏的是 " + getName();
    }
    
    /**
     * 重写toString()
     */
    public String toString(){
        return "Instrument : " + getName();
    }
}

public class Stringed extends Instrument{
    public Stringed(){
        setName("Stringed");
    }
    
    /**
     * 重写父类方法，实现多态
     */
    public String play(){
        return "演奏的是 " + getName();
    }
    
    /**
     * 重写toString()
     */
    public String toString(){
        return "Instrument : " + getName();
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //定义父类数组
        Instrument[] instruments = new Instrument[2];
        //定义两个子类
        Wind wind = new Wind();
        Stringed stringed = new Stringed();
        
        //父类引用子类对象
        Instrument[0] = wind;
        Instrument[1] = stringed;
        
        for(int i = 0 ; i < 2 ; i++){
            System.out.println(instruments[i].toString() + "--" + instruments[i].play());
        }
        System.out.println("-------------------------------");

    }
}
OUTPUT:
Instrument : Wind--演奏的是 Wind
Instrument : Stringed--演奏的是 Stringed
-------------------------------

在上面的代码中Wind、Stringed继承Instrument，并且重写了play()、toString()方法，程序运行结果是调用子类中方法，输出Wind、Stringed的名称，这就是多态的表现。不同的对象可以执行相同的行为，但是他们都需要通过自己的实现方式来执行，这就要得益于向上转型了。

基于继承实现的多态可以总结如下：对于引用子类的父类类型，在处理该引用时，它适用于继承该父类的所有子类，子类对象的不同，对方法的实现也就不同，执行相同动作产生的行为也就不同。

如果父类是抽象类，那么子类必须要实现父类中所有的抽象方法，这样该父类所有的子类一定存在统一的对外接口，但其内部的具体实现可以各异。这样我们就可以使用顶层类提供的统一接口来处理该层次的方法。

基于接口实现的多态

继承是通过重写父类的同一方法的几个不同子类来体现的，那么就可就是通过实现接口并覆盖接口中同一方法的几不同的类体现的。

在接口的多态中，指向接口的引用必须是指定这实现了该接口的一个类的实例程序，在运行时，根据对象引用的实际类型来执行对应的方法。

继承都是单继承，只能为一组相关的类提供一致的服务接口。但是接口可以是多继承多实现，它能够利用一组相关或者不相关的接口进行组合与扩充，能够对外提供一致的服务接口。所以它相对于继承来说有更好的灵活性。