Java多態(tài)對(duì)象的類(lèi)型轉(zhuǎn)換
這里所說(shuō)的對(duì)象類(lèi)型轉(zhuǎn)換，是指存在繼承關(guān)系的對(duì)象，不是任意類(lèi)型的對(duì)象。當(dāng)對(duì)不存在繼承關(guān)系的對(duì)象進(jìn)行強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換時(shí)，java 運(yùn)行時(shí)將拋出 java.lang.ClassCastException 異常。

在繼承鏈中，我們將子類(lèi)向父類(lèi)轉(zhuǎn)換稱(chēng)為“向上轉(zhuǎn)型”，將父類(lèi)向子類(lèi)轉(zhuǎn)換稱(chēng)為“向下轉(zhuǎn)型”。

很多時(shí)候，我們會(huì)將變量定義為父類(lèi)的類(lèi)型，卻引用子類(lèi)的對(duì)象，這個(gè)過(guò)程就是向上轉(zhuǎn)型。程序運(yùn)行時(shí)通過(guò)動(dòng)態(tài)綁定來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)子類(lèi)方法的調(diào)用，也就是多態(tài)性。

然而有些時(shí)候?yàn)榱送瓿赡承└割?lèi)沒(méi)有的功能，我們需要將向上轉(zhuǎn)型后的子類(lèi)對(duì)象再轉(zhuǎn)成子類(lèi)，調(diào)用子類(lèi)的方法，這就是向下轉(zhuǎn)型。

注意：不能直接將父類(lèi)的對(duì)象強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為子類(lèi)類(lèi)型，只能將向上轉(zhuǎn)型后的子類(lèi)對(duì)象再次轉(zhuǎn)換為子類(lèi)類(lèi)型。也就是說(shuō)，子類(lèi)對(duì)象必須向上轉(zhuǎn)型后，才能再向下轉(zhuǎn)型。請(qǐng)看下面的代碼：

public class Demo {
  public static void main(String args[]) {
    SuperClass superObj = new SuperClass();
    SonClass sonObj = new SonClass();
    // 下面的代碼運(yùn)行時(shí)會(huì)拋出異常，不能將父類(lèi)對(duì)象直接轉(zhuǎn)換為子類(lèi)類(lèi)型
    // SonClass sonObj2 = (SonClass)superObj;
    // 先向上轉(zhuǎn)型，再向下轉(zhuǎn)型
    superObj = sonObj;
    SonClass sonObj1 = (SonClass)superObj;
  }
}
class SuperClass{ }
class SonClass extends SuperClass{ } 

將第7行的注釋去掉，運(yùn)行時(shí)會(huì)拋出異常，但是編譯可以通過(guò)。

因?yàn)橄蛳罗D(zhuǎn)型存在風(fēng)險(xiǎn)，所以在接收到父類(lèi)的一個(gè)引用時(shí)，請(qǐng)務(wù)必使用 instanceof 運(yùn)算符來(lái)判斷該對(duì)象是否是你所要的子類(lèi)，請(qǐng)看下面的代碼：

public class Demo {
  public static void main(String args[]) {
    SuperClass superObj = new SuperClass();
    SonClass sonObj = new SonClass();
    // superObj 不是 SonClass 類(lèi)的實(shí)例
    if(superObj instanceof SonClass){
      SonClass sonObj1 = (SonClass)superObj;
    }else{
      System.out.println("①不能轉(zhuǎn)換");
    }
    superObj = sonObj;
    // superObj 是 SonClass 類(lèi)的實(shí)例
    if(superObj instanceof SonClass){
      SonClass sonObj2 = (SonClass)superObj;
    }else{
      System.out.println("②不能轉(zhuǎn)換");
    }
  }
}
class SuperClass{ }
class SonClass extends SuperClass{ }

運(yùn)行結(jié)果：

①不能轉(zhuǎn)換

總結(jié)：對(duì)象的類(lèi)型轉(zhuǎn)換在程序運(yùn)行時(shí)檢查，向上轉(zhuǎn)型會(huì)自動(dòng)進(jìn)行，向下轉(zhuǎn)型的對(duì)象必須是當(dāng)前引用類(lèi)型的子類(lèi)。

Java多態(tài)和動(dòng)態(tài)綁定
在Java中，父類(lèi)的變量可以引用父類(lèi)的實(shí)例，也可以引用子類(lèi)的實(shí)例。

請(qǐng)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(dòng)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~(yú)");
  }
}

運(yùn)行結(jié)果：

不知道怎么叫
喵喵~
汪汪~(yú)

上面的代碼，定義了三個(gè)類(lèi)，分別是 Animal、Cat 和 Dog，Cat 和 Dog 類(lèi)都繼承自 Animal 類(lèi)。obj 變量的類(lèi)型為 Animal，它既可以指向 Animal 類(lèi)的實(shí)例，也可以指向 Cat 和 Dog 類(lèi)的實(shí)例，這是正確的。也就是說(shuō)，父類(lèi)的變量可以引用父類(lèi)的實(shí)例，也可以引用子類(lèi)的實(shí)例。注意反過(guò)來(lái)是錯(cuò)誤的，因?yàn)樗械呢埗际莿?dòng)物，但不是所有的動(dòng)物都是貓。

可以看出，obj 既可以是人類(lèi)，也可以是貓、狗，它有不同的表現(xiàn)形式，這就被稱(chēng)為多態(tài)。多態(tài)是指一個(gè)事物有不同的表現(xiàn)形式或形態(tài)。

再比如“人類(lèi)”，也有很多不同的表達(dá)或?qū)崿F(xiàn)，TA 可以是司機(jī)、教師、醫(yī)生等，你憎恨自己的時(shí)候會(huì)說(shuō)“下輩子重新做人”，那么你下輩子成為司機(jī)、教師、醫(yī)生都可以，我們就說(shuō)“人類(lèi)”具備了多態(tài)性。

多態(tài)存在的三個(gè)必要條件：要有繼承、要有重寫(xiě)、父類(lèi)變量引用子類(lèi)對(duì)象。

當(dāng)使用多態(tài)方式調(diào)用方法時(shí)：
首先檢查父類(lèi)中是否有該方法，如果沒(méi)有，則編譯錯(cuò)誤；如果有，則檢查子類(lèi)是否覆蓋了該方法。
如果子類(lèi)覆蓋了該方法，就調(diào)用子類(lèi)的方法，否則調(diào)用父類(lèi)方法。

從上面的例子可以看出，多態(tài)的一個(gè)好處是：當(dāng)子類(lèi)比較多時(shí)，也不需要定義多個(gè)變量，可以只定義一個(gè)父類(lèi)類(lèi)型的變量來(lái)引用不同子類(lèi)的實(shí)例。請(qǐng)?jiān)倏聪旅娴囊粋€(gè)例子：

public class Demo {
  public static void main(String[] args){
    // 借助多態(tài)，主人可以給很多動(dòng)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(lèi)及其子類(lèi)
class Animal{
  public void eat(Food f){
    System.out.println("我是一個(gè)小動(dòng)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(lèi)
class Food{
  public String getFood(){
    return "事物";
  }
}
class Fish extends Food{
  public String getFood(){
    return "魚(yú)";
  }
}
class Bone extends Food{
  public String getFood(){
    return "骨頭";
  }
}
// Master類(lèi)
class Master{
  public void feed(Animal an, Food f){
    an.eat(f);
  }
}

運(yùn)行結(jié)果：

我是一個(gè)小動(dòng)物，正在吃事物
我是一只小貓咪，正在吃魚(yú)
我是一只狗狗，正在吃骨頭

Master 類(lèi)的 feed 方法有兩個(gè)參數(shù)，分別是 Animal 類(lèi)型和 Food 類(lèi)型，因?yàn)槭歉割?lèi)，所以可以將子類(lèi)的實(shí)例傳遞給它，這樣 Master 類(lèi)就不需要多個(gè)方法來(lái)給不同的動(dòng)物喂食。
動(dòng)態(tài)綁定

為了理解多態(tài)的本質(zhì)，下面講一下Java調(diào)用方法的詳細(xì)流程。

1) 編譯器查看對(duì)象的聲明類(lèi)型和方法名。

假設(shè)調(diào)用 obj.func(param)，obj 為 Cat 類(lèi)的對(duì)象。需要注意的是，有可能存在多個(gè)名字為func但參數(shù)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(huì)一一列舉所有 Cat 類(lèi)中名為func的方法和其父類(lèi) Animal 中訪(fǎng)問(wèn)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(diào)用的候選方法列表。

2) 接下來(lái)，編澤器將檢查調(diào)用方法時(shí)提供的參數(shù)簽名。

如果在所有名為func的方法中存在一個(gè)與提供的參數(shù)簽名完全匹配的方法，那么就選擇這個(gè)方法。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為重載解析(overloading resolution)。例如，如果調(diào)用 func("hello")，編譯器會(huì)選擇 func(String)，而不是 func(int)。由于自動(dòng)類(lèi)型轉(zhuǎn)換的存在，例如 int 可以轉(zhuǎn)換為 double，如果沒(méi)有找到與調(diào)用方法參數(shù)簽名相同的方法，就進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換后再繼續(xù)查找，如果最終沒(méi)有匹配的類(lèi)型或者有多個(gè)方法與之匹配，那么編譯錯(cuò)誤。

這樣，編譯器就獲得了需要調(diào)用的方法名字和參數(shù)簽名。

3) 如果方法的修飾符是private、static、final（static和final將在后續(xù)講解），或者是構(gòu)造方法，那么編譯器將可以準(zhǔn)確地知道應(yīng)該調(diào)用哪個(gè)方法，我們將這種調(diào)用方式 稱(chēng)為靜態(tài)綁定(static binding)。

與此對(duì)應(yīng)的是，調(diào)用的方法依賴(lài)于對(duì)象的實(shí)際類(lèi)型， 并在運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)綁。例如調(diào)用 func("hello")，編澤器將采用動(dòng)態(tài)綁定的方式生成一條調(diào)用 func(String) 的指令。

4)當(dāng)程序運(yùn)行，并且釆用動(dòng)態(tài)綁定調(diào)用方法時(shí)，JVM一定會(huì)調(diào)用與 obj 所引用對(duì)象的實(shí)際類(lèi)型最合適的那個(gè)類(lèi)的方法。我們已經(jīng)假設(shè) obj 的實(shí)際類(lèi)型是 Cat，它是 Animal 的子類(lèi)，如果 Cat 中定義了 func(String)，就調(diào)用它，否則將在 Animal 類(lèi)及其父類(lèi)中尋找。

每次調(diào)用方法都要進(jìn)行搜索，時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)相當(dāng)大，因此，JVM預(yù)先為每個(gè)類(lèi)創(chuàng)建了一個(gè)方法表(method lable)，其中列出了所有方法的名稱(chēng)、參數(shù)簽名和所屬的類(lèi)。這樣一來(lái)，在真正調(diào)用方法的時(shí)候，虛擬機(jī)僅查找這個(gè)表就行了。在上面的例子中，JVM 搜索 Cat 類(lèi)的方法表，以便尋找與調(diào)用 func("hello") 相匹配的方法。這個(gè)方法既有可能是 Cat.func(String)，也有可能是 Animal.func(String)。注意，如果調(diào)用super.func("hello")，編譯器將對(duì)父類(lèi)的方法表迸行搜索。

假設(shè) Animal 類(lèi)包含cry()、getName()、getAge() 三個(gè)方法，那么它的方法表如下：
cry() -> Animal.cry()
getName() -> Animal.getName()
getAge() -> Animal.getAge()

實(shí)際上，Animal 也有默認(rèn)的父類(lèi) Object（后續(xù)會(huì)講解），會(huì)繼承 Object 的方法，所以上面列舉的方法并不完整。

假設(shè) Cat 類(lèi)覆蓋了 Animal 類(lèi)中的 cry() 方法，并且新增了一個(gè)方法 climbTree()，那么它的參數(shù)列表為：
cry() -> Cat.cry()
getName() -> Animal.getName()
getAge() -> Animal.getAge()
climbTree() -> Cat.climbTree()

在運(yùn)行的時(shí)候，調(diào)用 obj.cry() 方法的過(guò)程如下：
JVM 首先訪(fǎng)問(wèn) obj 的實(shí)際類(lèi)型的方法表，可能是 Animal 類(lèi)的方法表，也可能是 Cat 類(lèi)及其子類(lèi)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(gè)類(lèi)了。
JVM 調(diào)用該方法。

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