《Java编程思想》学习笔记_多态

多态

多态指一个行为产生多种状态，针对父类类型可接收其子类类型，最终执行的状态由具体子类确定，其不同子类可呈现出不同状态。例如人[父类]都会跑步[行为]，但小孩[子类]跑步、成年人[子类]跑步、运动员[子类]跑步呈现出来的状态是不一致的。

例如：

创建一个父类People，和对应子类Child,Adult,Athletes.

子类都各自实现了一遍父类的run方法。

class People {
    public void run() {
        System.out.println("run");
    }
}

class Adult extends People {
    public void run() {
        System.out.println("Adult run,1km 4分钟");
    }
}

class Child extends People {
    public void run() {
        System.out.println("Child run, ,1km 3分钟");
    }
}

class Athletes extends People {
    public void run() {
        System.out.println("Athletes run, ,1km 2分钟");
    }
}

创建了一个run方法，接收参数为People类型。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Adult adult = new Adult();
        Child child = new Child();
        Athletes athletes  = new Athletes();

        run(adult);
        run(child);
        run(athletes);
    }

    private static void run(People people){
        people.run();
    }
}

Adult run,1km 4分钟
Child run, ,1km 3分钟
Athletes run, ,1km 2分钟

可以看到，接收类型为父类类型，具体传递的参数类型为子类类型。执行run方法时，执行的是具体子类的run方法。上述三个子类都对父类的run方法进行了重写。所有优先执行子类重写的方法，如果子类没有重写对应方法，执行的依然是子类方法。

class Adult extends People {

}

run
Child run, ,1km 3分钟
Athletes run, ,1km 2分钟

Adult修改为不重写父类方法，执行后Adult执行的就是父类的run方法。

既然方法类型为People可接收其所有子类类型。程序可改写为

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        People adult = new Adult();
        People child = new Child();
        People athletes  = new Athletes();

        run(adult);
        run(child);
        run(athletes);
    }
}

使用多态可以确定一个规范，规范具体的实现可能有差异，但使用该规范时，只需要将接收参数设置为该规范，就可接收所有遵循该规范的实现。避免为每一个具体实现编写一个方法。

避免如下情况：

    private static void run(Adult people){
        people.run();
    }
    private static void run(Child people){
        people.run();
    }
    private static void run(Athletes people){
        people.run();
    }

绑定

方法绑定

将方法调用桶一个方法主体关联起来成为方法绑定。方法绑定主要有前期绑定，后期绑定（运行时绑定，动态绑定）。

• 前期绑定

  方法在编译时绑定，程序一但编译完成，绑定就完成了，方法调用与主体已经进行了关联，运行过程中始终只调用与之绑定的主体上的方法。

• 后期绑定

  方法绑定是在运行时，根据判断对象类型，调用合适的方法。

上例中接收参数类型均为People，方法执行时根据传递入方法的不同子类执行具体方法。此时就是动态绑定，运行时方法调用会判断对象类型调用对应的方法。Java中private/final/static修饰的方法都是前期绑定，其余方法都是动态绑定。

多态的问题

域

如下例：

class A {
    public int i = 0;
}

class A1 extends A {
    public int i = 1;
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A1();
        System.out.println(a.i);
    }
}

0

如果按照上面多态的的逻辑分析该代码，输出应该为子类的i即1.但实际输出的是父类的i值。

域的访问操作，都会有编译器解析，因此不是多态的。换而言之，只有方法才具有多态性。

A a = new A1();
a.i;

由于访问变量i不具有多态，同时此时A1向上转型为A。

访问a.i可看做访问A1类型的父类的i,即A1的super.i。

class A {
    public int i = 0;
}

class A1 extends A {
    public int i = 1;

    public int getI(){
        return i;
    }

    public int getAi(){
        return super.i;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A1();
        System.out.println(a.i);

        A1 a1 = new A1();
        System.out.println(a1.i);
        System.out.println(a1.getI());
        System.out.println(a1.getAi());
    }
}

0 //A a = new A1(); a.i 实质是A的i
1 //A1 a1 = new A1(); a1.i A1的i
1
0 // A1 a1 = new A1(); a1.getAi(); super.i A的i

继承时，A与A1的域使用到的是两块区域存储对应变量，可看做A区域中有一个i，A1区域中也有一个i。此时由于父类和子类都有对应i，此时访问a.i虽然真实类型时A1，但A1继承自A，A a = new A1() 访问 a.i，由于A1被向上转型为A，可看做访问A1的父类A的i。

private/static

class F {
    private void fPrivate(){
        System.out.println("F.fPrivate");
    }

    public static void fStatic(){
        System.out.println("F.fStatic");
    }

    public static void main(String[] args) {
        F f = new F1();
        f.fPrivate();

        f.fStatic();
    }
}

class F1 extends F{
    public void fPrivate(){
        System.out.println("F1.fPrivate");
    }

    public static void fStatic(){
        System.out.println("F1.fStatic");
    }
}

其中f调用private方法和static方法，访问的都是父类中的方法，并未实现多态。

实现多态是基于动态绑定，确定具体方法调用的主体，private访问权限就相当于告诉编译器，该方法不需要动态绑定。当方法不要动态绑定时，就会以当前向上转型的类型为准。所以调用的父类的private方法。

静态方法是与类关联，而非与对象关联。所以调用时是以具体类型信息为准。也是以向上转型后的父类类型信息为准，调用父类的静态方法。

构造器的多态

假设现在有这样一个问题，有两个类是继承关系。子类和父类都有f()方法，在父类初始化时调用了f()方法，此时f方法究竟是子类的还是父类的方法？。

此处有一个两难的问题：

1. 首先初始化子类时，父类必须先完成初始化。父类中的f()方法是动态绑定的，是运行时确定的。
2. 运行时确定意味着需要对应子类也需要完成初始化，但在父类构造过程中调用的f()方法时，子类尚未初始化完成。

class A {
    A() {
        System.out.println("A构造器开始执行");
        f();//此处调用的子类的f()方法，但此时子类还未完成初始化。
        System.out.println("A构造器结束执行");
    }

    void f() {
        System.out.println("A.f()");
    }
}

class B extends A {
    private int bi = 1;

    B() {

    }

    B(int bi) {
        this.bi = bi;
    }

    void f() {
        System.out.println("B.f() bi=" + bi);
    }
}

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        B b = new B(5);
    }
}

A构造器开始执行
B.f() bi=0
A构造器结束执行

可以看到A构造器中执行时，执行的是子类B的f方法，但此时B类并未完全初始化，所以执行输出bi时输出的默认的0. 一个动态绑定的方法调用会向外深入到继承层次结构内部，它可以调用导出类（子类）里的方法。（《Java编程思想》原话）暂时还不太理解。

协变返回类型

协变返回类型是指，但某个方法对父类进行重写时，返回类型不一定需要和父类方法的返回类型完全一致。可以是父类方法返回类型的子类。例如，父类方法A f() ,子类重写父类方法应为A f(), 但子类重写时返回类型也可为A的子类，如A1 f().

首先有父类A子类A1作为返回类型

class A {

    public String toString() {
        return "A";
    }
}

class A1 extends A {
    public String toString() {
        return "A1";
    }
}

class F {
    public A f() {
        return new A();
    }
}

class F1 extends F {
    public A1 f() {// 子类重写父类方法，返回类型不一定为父类的A，也可为父类对应返回类型A的子类A1
        return new A1();
    }
}

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        F f = new F();
        System.out.println(f.f());

        f = new F1();
        System.out.println(f.f());
    }
}

A
A1