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怎么實現Java多態和動態綁定

時間:2016-08-04 15:42:39??來源:Java培訓網??作者:IT培訓網??已有:名學員訪問該課程
最近在整理Java教案,看到了Java多態和動態綁定方面的知識點,在網上搜集了下,大部門寫的都是關于Java多態和動態的描述,并沒有實例說明,所以今天IT培訓網小編就來給大家詳細介紹下吧!

最近在整理Java教案,看到了Java多態和動態綁定方面的知識點,在網上搜集了下,大部門寫的都是關于Java多態和動態的描述,并沒有實例說明,所以今天IT培訓網小編就來給大家詳細介紹下吧!

在Java中,父類的變量可以引用父類的實例,也可以引用子類的實例。

請讀者先看一段代碼:

public class Demo {

    public static void main(String[] args){

        Animal obj = new Animal();

        obj.cry();

        obj = new Cat();

        obj.cry();

        obj = new Dog();

        obj.cry();

    }

}

class Animal{

    // 動物的叫聲

    public void cry(){

        System.out.println("不知道怎么叫");

    }

  

}

class Cat extends Animal{

    // 貓的叫聲

    public void cry(){

        System.out.println("喵喵~");

    }

}

class Dog extends Animal{

    // 狗的叫聲

    public void cry(){

        System.out.println("汪汪~");

    }

}

運行結果:

不知道怎么叫

喵喵~

汪汪~

上面的代碼,定義了三個類,分別是 Animal、Cat 和 Dog,Cat 和 Dog 類都繼承自 Animal 類。obj 變量的類型為 Animal,它既可以指向 Animal 類的實例,也可以指向 Cat 和 Dog 類的實例,這是正確的。也就是說,父類的變量可以引用父類的實例,也可以引用子類的實例。注意反過來是錯誤的,因為所有的貓都是動物,但不是所有的動物都是貓。

可以看出,obj 既可以是人類,也可以是貓、狗,它有不同的表現形式,這就被稱為多態。多態是指一個事物有不同的表現形式或形態。

再比如“人類”,也有很多不同的表達或實現,TA 可以是司機、教師、醫生等,你憎恨自己的時候會說“下輩子重新做人”,那么你下輩子成為司機、教師、醫生都可以,我們就說“人類”具備了多態性。

多態存在的三個必要條件:要有繼承、要有重寫、父類變量引用子類對象。

當使用多態方式調用方法時:

首先檢查父類中是否有該方法,如果沒有,則編譯錯誤;如果有,則檢查子類是否覆蓋了該方法。

如果子類覆蓋了該方法,就調用子類的方法,否則調用父類方法。

從上面的例子可以看出,多態的一個好處是:當子類比較多時,也不需要定義多個變量,可以只定義一個父類類型的變量來引用不同子類的實例。請再看下面的一個例子:

public class Demo {

    public static void main(String[] args){

        // 借助多態,主人可以給很多動物喂食

        Master ma = new Master();

        ma.feed(new Animal(), new Food());

        ma.feed(new Cat(), new Fish());

        ma.feed(new Dog(), new Bone());

    }

}

// Animal類及其子類

class Animal{

    public void eat(Food f){

        System.out.println("我是一個小動物,正在吃" + f.getFood());

    }

}

class Cat extends Animal{

    public void eat(Food f){

        System.out.println("我是一只小貓咪,正在吃" + f.getFood());

    }

}

class Dog extends Animal{

    public void eat(Food f){

        System.out.println("我是一只狗狗,正在吃" + f.getFood());

    }

}

// Food及其子類

class Food{

    public String getFood(){

        return "事物";

    }

}

class Fish extends Food{

    public String getFood(){

        return "魚";

    }

}

class Bone extends Food{

    public String getFood(){

        return "骨頭";

    }

}

// Master類

class Master{

    public void feed(Animal an, Food f){

        an.eat(f);

    }

}

運行結果:

我是一個小動物,正在吃事物

我是一只小貓咪,正在吃魚

我是一只狗狗,正在吃骨頭

 

Master 類的 feed 方法有兩個參數,分別是 Animal 類型和 Food 類型,因為是父類,所以可以將子類的實例傳遞給它,這樣 Master 類就不需要多個方法來給不同的動物喂食。

動態綁定

為了理解多態的本質,下面講一下Java調用方法的詳細流程。

1) 編譯器查看對象的聲明類型和方法名。

假設調用 obj.func(param),obj 為 Cat 類的對象。需要注意的是,有可能存在多個名字為func但參數簽名不一樣的方法。例如,可能存在方法 func(int) 和 func(String)。編譯器將會一一列舉所有 Cat 類中名為func的方法和其父類 Animal 中訪問屬性為 public 且名為func的方法。

這樣,編譯器就獲得了所有可能被調用的候選方法列表。

2) 接下來,編澤器將檢查調用方法時提供的參數簽名。

如果在所有名為func的方法中存在一個與提供的參數簽名完全匹配的方法,那么就選擇這個方法。這個過程被稱為重載解析(overloading resolution)。例如,如果調用 func("hello"),編譯器會選擇 func(String),而不是 func(int)。由于自動類型轉換的存在,例如 int 可以轉換為 double,如果沒有找到與調用方法參數簽名相同的方法,就進行類型轉換后再繼續查找,如果最終沒有匹配的類型或者有多個方法與之匹配,那么編譯錯誤。

這樣,編譯器就獲得了需要調用的方法名字和參數簽名。

3) 如果方法的修飾符是private、static、final(static和final將在后續講解),或者是構造方法,那么編譯器將可以準確地知道應該調用哪個方法,我們將這種調用方式 稱為靜態綁定(static binding)。

與此對應的是,調用的方法依賴于對象的實際類型, 并在運行時實現動態綁。例如調用 func("hello"),編澤器將采用動態綁定的方式生成一條調用 func(String) 的指令。

4)當程序運行,并且釆用動態綁定調用方法時,JVM一定會調用與 obj 所引用對象的實際類型最合適的那個類的方法。我們已經假設 obj 的實際類型是 Cat,它是 Animal 的子類,如果 Cat 中定義了 func(String),就調用它,否則將在 Animal 類及其父類中尋找。

每次調用方法都要進行搜索,時間開銷相當大,因此,JVM預先為每個類創建了一個方法表(method lable),其中列出了所有方法的名稱、參數簽名和所屬的類。這樣一來,在真正調用方法的時候,虛擬機僅查找這個表就行了。在上面的例子中,JVM 搜索 Cat 類的方法表,以便尋找與調用 func("hello") 相匹配的方法。這個方法既有可能是 Cat.func(String),也有可能是 Animal.func(String)。注意,如果調用super.func("hello"),編譯器將對父類的方法表迸行搜索。

假設 Animal 類包含cry()、getName()、getAge() 三個方法,那么它的方法表如下:

cry() -> Animal.cry()

getName() -> Animal.getName()

getAge() -> Animal.getAge()

實際上,Animal 也有默認的父類 Object(后續會講解),會繼承 Object 的方法,所以上面列舉的方法并不完整。

假設 Cat 類覆蓋了 Animal 類中的 cry() 方法,并且新增了一個方法 climbTree(),那么它的參數列表為:

cry() -> Cat.cry()

getName() -> Animal.getName()

getAge() -> Animal.getAge()

climbTree() -> Cat.climbTree()

在運行的時候,調用 obj.cry() 方法的過程如下:

JVM 首先訪問 obj 的實際類型的方法表,可能是 Animal 類的方法表,也可能是 Cat 類及其子類的方法表。

JVM 在方法表中搜索與 cry() 匹配的方法,找到后,就知道它屬于哪個類了。

JVM 調用該方法。

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