Java面向对象——5.多态

目录

• Java多态(Polymorphic)
  • 多态的实现条件
    • 构造的示例
  • 多态的本质：动态绑定
    • 动态绑定的示例
    • 多态的工作原理
  • 覆写Object方法
  • 多态的限制与控制：final关键字
    • final的三种用法
  • 加深多态与继承的理解
  • 总结

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Java多态(Polymorphic)

多态（Polymorphism）是面向对象编程的三大核心特性之一，指的是同一个行为在不同对象上会产生不同的表现形式。多态的主要价值在于代码复用与扩展，它允许我们在不修改现有代码的情况下扩展系统功能。

多态的实现条件

1. 存在继承关系（子类继承父类）
2. 子类重写父类的方法
3. 父类引用指向子类对象

构造的示例

// 父类
class Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("动物发出声音");
    }
}

// 子类覆写父类方法
class Dog extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("汪汪汪");
    }
}

// 另一个子类覆写父类方法
class Cat extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("喵喵喵");
    }
}

@Override注解用于显式标识方法覆写，它的作用是：

• 告诉编译器这是一个覆写方法，帮助检查覆写的正确性
• 提高代码可读性，明确标识哪些方法是对父类方法的重写

如果方法签名（方法名、参数列表）不正确，编译器会报错：

class Bird extends Animal {
    // 编译错误：参数列表与父类不同，不是有效覆写
    @Override
    public void makeSound(String volume) {
        System.out.println("叽叽喳喳");
    }
}

多态的本质：动态绑定

多态的关键特性是动态绑定（Dynamic Binding）——方法调用的具体实现取决于运行时对象（而不是在编译时）的实际类型，而非变量的声明类型。

动态绑定的示例

public class PolymorphismDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 声明为父类类型，实际为子类对象
        Animal animal1 = new Dog();
        Animal animal2 = new Cat();

        // 调用makeSound()方法
        animal1.makeSound(); // 输出"汪汪汪"（实际调用Dog类的方法）
        animal2.makeSound(); // 输出"喵喵喵"（实际调用Cat类的方法）
    }
}

这个例子展示了多态的核心特征：当变量的声明类型（Animal）与实际类型（Dog或Cat）不一致时，方法调用会动态绑定到实际类型的实现。

多态的工作原理

1. 编译器检查变量的声明类型，确保该类型包含被调用的方法
2. 运行时，JVM确定对象的实际类型
3. JVM调用实际类型中覆写后的方法实现

这种机制使得我们可以编写通用代码，操作父类类型，而实际运行时会自动适配不同的子类实现。

覆写Object方法

所有Java类都间接继承自Object类，Object定义了几个重要方法，我们经常需要在子类中覆写这些方法以实现特定功能。

• toString()：把instance输出为String；
• equals()：判断两个instance是否逻辑相等；
• hashCode()：计算一个instance的哈希值。

多态的限制与控制：final关键字

final关键字可以限制多态行为，用于保护核心方法不被修改或防止类被继承。

final的三种用法

1. 修饰方法：阻止方法被覆写

class Parent {
    // final方法不能被覆写
    public final void importantMethod() {
        System.out.println("这是核心方法，不能被修改");
    }
}

class Child extends Parent {
    // 编译错误：不能覆写final方法
    @Override
    public void importantMethod() {
    }
}

1. 修饰类：阻止类被继承

// final类不能被继承
final class FinalClass {
    public void doSomething() {
        System.out.println("这个类不能被继承");
    }
}

// 编译错误：不能继承final类
class SubClass extends FinalClass {
}

1. 修饰字段：字段初始化后不能被修改

class Immutable {
    // final字段必须初始化，且不能被修改
    private final String id;
    private String name;

    public Immutable(String id, String name) {
        this.id = id; // 在构造方法中初始化final字段
        this.name = name;
    }

    // 编译错误：不能修改final字段
    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }
}

加深多态与继承的理解

多态与继承密切相关，但两者是不同的概念：

• 继承是类之间的关系，描述了"is-a"的关系
• 多态是方法调用的特性，允许不同对象对同一方法调用做出不同响应

继承是多态的基础，没有继承就没有多态。但多态不仅仅是继承——接口也可以实现多态（后续章节讲解）。

总结

• 理解多态的概念和优势
• 了解多态实现条件
• 多态的本质是动态绑定，方法调用根据运行时对象的实际类型决定
• final关键字可以限制覆写和继承，保护核心代码