【多态】理解 Java 继承中成员变量与成员方法的访问特点

在 Java 的面向对象编程中，继承是一种核心机制，通过它可以实现代码复用和扩展。然而，在继承中，成员变量和成员方法的访问规则却有所不同。本文将详细分析这些规则，并探讨为什么 Java 选择了这样的设计。

一、成员变量的访问特点

1. 规则

成员变量的访问依赖于编译时类型，即 等号左边的类型（声明的类型）。无论对象实际是哪个类型，访问的变量始终是由编译时类型决定的。

2. 示例代码

class Parent {
    int num = 10; // 父类中的成员变量
}

class Child extends Parent {
    int num = 20; // 子类中的成员变量
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Parent p = new Child(); // 向上转型
        System.out.println(p.num); // 输出什么？
    }
}

输出结果：10

原因：

• p的编译时类型是 Parent，所以访问的是父类中的 num 变量，值为 10。
• 成员变量的访问由编译时类型决定，不支持运行时绑定。

二、成员方法的访问特点

1. 规则

成员方法的访问依赖于运行时类型，即 new 的对象类型。方法调用支持动态绑定，优先调用实际对象类型中的方法。

2. 示例代码

class Parent {
    void show() {
        System.out.println("Parent show");
    }
}

class Child extends Parent {
    @Override
    void show() {
        System.out.println("Child show");
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Parent p = new Child(); // 向上转型
        p.show(); // 输出什么？
    }
}

输出结果：Child show

原因：

• 虽然 p 的编译时类型是 Parent，但实际创建的对象是 Child。
• 方法调用支持动态绑定，因此运行时会调用子类 Child 中覆盖的 show() 方法。

三、综合对比：成员变量与成员方法的访问特点

四、设计背后的原因

1. 成员变量为何由编译时类型决定？

成员变量的访问不支持动态绑定，主要出于以下原因：

• 性能考虑：成员变量是对象的直接存储空间，访问时不涉及复杂的运行时绑定。编译器在编译阶段即可确定变量的存储位置，优化访问效率。

• 避免二义性：如果成员变量支持动态绑定，会引入访问上的歧义。例如：

  class Parent {
      int num = 10;
  }
  
  class Child extends Parent {
      int num = 20;
  }
  
  Parent p = new Child(); // 如果运行时绑定变量，这里访问哪个 num？
  

  固定规则（编译时类型决定）让变量访问更加明确。

• 静态绑定的实现：编译器直接将变量绑定到声明类型对应的类的地址上。这种静态绑定方式简化了实现逻辑。

2. 成员方法为何由运行时类型决定？

成员方法支持动态绑定（运行时绑定），是为了实现 Java 的多态性。其背后原因如下：

• 支持多态：方法是对象的行为，动态绑定允许子类覆盖父类的方法，父类引用调用子类的实际方法。

  Parent p = new Child();
  p.show(); // 调用子类的方法
  

  动态绑定让代码更加灵活，符合面向对象编程的核心思想“父类引用指向子类对象”。

• 行为与对象一致：方法是描述对象行为的，需要与实际对象类型保持一致，才能体现正确的功能。

• 动态绑定的实现：Java 在运行时通过**方法表（Method Table）**实现动态绑定。方法表记录类中所有方法的地址。当子类覆盖父类方法时，子类的方法地址会覆盖父类的方法地址。运行时，Java 根据实际对象的类型查找方法表，从而调用正确的方法。

五、总结

Java 中成员变量和成员方法的访问规则体现了语言设计的平衡性：

这种设计既保证了性能（变量静态绑定），又实现了灵活性（方法动态绑定），充分体现了 Java 的设计合理性。