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Java 多态的理解

article 2025/1/21 12:16:00

Java 多态的理解

多态是面向对象编程的重要特性之一，它允许同一个方法调用在不同对象上具有不同的行为。多态提高了代码的灵活性和可维护性，是 Java 继承机制和动态绑定的核心体现。

什么是多态？

定义：多态指相同的引用类型变量在运行时可以表示不同的实际对象，不同的对象表现出不同的行为。
核心机制：
- 继承：子类继承父类的属性和方法。
- 方法重写：子类可以重写父类的方法，以提供自己的实现。
- 动态绑定：方法调用在运行时绑定到实际的实现，而不是编译时绑定到引用的类型。

多态的两种形式

1. 编译时多态（静态多态）

实现方式：通过 方法重载（Overloading）。
原理：
- 方法重载是指在同一个类中，方法名相同，但参数的数量、类型或顺序不同。
- 在编译时，编译器根据参数列表来选择调用哪个方法。
特点：
- 方法调用在 编译阶段 决定。
- 属于 静态绑定。

示例：

class Calculator {
    public int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    public double add(double a, double b) {
        return a + b;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Calculator calc = new Calculator();
        System.out.println(calc.add(5, 10));  // 调用 add(int, int)
        System.out.println(calc.add(5.5, 10.5));  // 调用 add(double, double)
    }
}

2. 运行时多态（动态多态）

实现方式：通过 方法重写（Overriding）。
原理：
- 子类对父类方法进行重写，并将子类对象赋值给父类引用。
- 在运行时，根据实际对象的类型调用重写的方法，而不是根据引用类型。
特点：
- 方法调用在 运行阶段 决定。
- 属于 动态绑定。

示例：

class Animal {
    public void sound() {
        System.out.println("Animal makes a sound");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    public void sound() {
        System.out.println("Dog barks");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Dog();  // 父类引用指向子类对象
        animal.sound();  // 输出 "Dog barks"
    }
}

什么是引用类型？

定义：引用类型是变量类型的一种，指向对象的内存地址，而不是存储具体的值。引用类型包括类、接口、数组等。
特点：
- 通过引用变量可以访问对象的属性和方法。
- 同一个引用变量可以指向不同的实际对象（多态的基础）。
代码示例：

Animal animal = new Dog();  // 父类引用指向子类对象

animal 是一个 引用类型变量，其类型为 Animal，但实际指向的对象是 Dog 的实例。

动态多态的运行机制

编译阶段：编译器只检查 animal 的类型是否是 Animal，确保 sound() 方法存在。
运行阶段：JVM 根据 animal 实际指向的对象（Dog 实例）来调用对应的 sound() 方法。

关键点：

方法调用时，JVM 根据实际对象的类型来决定调用哪个方法。
引用类型只决定变量可调用的方法，但最终的执行由对象类型决定。

静态多态与动态多态的比较

特性	编译时多态（静态多态）	运行时多态（动态多态）
实现方式	方法重载	方法重写
绑定时间	编译时绑定（静态绑定）	运行时绑定（动态绑定）
决定依据	方法参数的类型、数量或顺序	对象的实际类型
优点	编译时效率高	提高代码的灵活性和可扩展性
示例	`add(int a, int b)` vs `add(double a, double b)`	父类引用调用子类重写的方法