Analyse approfondie du polymorphisme en Java (exemples de code)

Ce que cet article vous apporte est une analyse approfondie (exemple de code) du polymorphisme en Java. Il a une certaine valeur de référence. Les amis dans le besoin peuvent s'y référer.

La programmation orientée objet présente trois caractéristiques majeures : l'encapsulation, l'héritage et le polymorphisme.

L'encapsulation masque le mécanisme d'implémentation interne de la classe. Elle peut modifier la structure interne de la classe sans affecter son utilisation, et protège également les données. Seuls ses détails internes sont cachés au monde extérieur, et seules ses méthodes d'accès sont exposées au monde extérieur.

L'héritage consiste à réutiliser le code de la classe parent. L'héritage peut être utilisé s'il existe une relation IS-A entre deux classes. , et l'héritage ouvrent également la voie à la réalisation du polymorphisme. Alors, qu’est-ce que le polymorphisme ? Quel est le mécanisme de mise en œuvre du polymorphisme ? S'il vous plaît, regardez-moi vous le révéler un par un :

Le soi-disant polymorphisme signifie que le type spécifique pointé par la variable de référence définie dans le programme et l'appel de méthode émis via la variable de référence ne sont pas déterminés pendant programmation, mais Il est déterminé lors de l'exécution du programme, c'est-à-dire vers quel objet d'instance de classe une variable de référence pointera, et l'appel de méthode émis par la variable de référence est une méthode implémentée dans quelle classe, qui doit être déterminée lors de la déroulement du programme. Étant donné que la classe spécifique n'est déterminée que lorsque le programme est en cours d'exécution, la variable de référence peut être liée à diverses implémentations de classe sans modifier le code du programme source, ce qui entraîne la modification en conséquence de la méthode spécifique appelée par la référence, c'est-à-dire qu'elle n'a pas besoin de être modifié. Le code du programme peut changer le code spécifique lié au programme lorsqu'il est en cours d'exécution, permettant au programme de choisir plusieurs états d'exécution.

Par exemple, si vous êtes un dieu du vin et que vous avez un. goût particulier pour le vin. Un jour, je suis rentré chez moi et j'ai trouvé plusieurs verres sur la table remplis de vin blanc. Il était impossible de dire de l'extérieur de quel type de vin il s'agissait. Ce n'est qu'après l'avoir bu que nous avons pu deviner de quel type de vin il s'agissait. Quand tu le bois, c'est Jiannanchun, quand tu le bois encore, c'est Wuliangye, et quand tu le bois encore, c'est Jiuguijiu... Ici on peut le décrire comme suit :

Liqueur a = Jiannanchun

Liqueur b = Wuliangye

Vin c = Jiuguijiu

…

Ce qui est représenté ici, c'est le polymorphisme. Jiannanchun, Wuliangye et Jiuguijiu sont tous des sous-classes de wine. Nous pouvons référencer différentes sous-classes uniquement via la classe parent de wine. Nous ne connaissons le point spécifique de la variable de référence que lors de l'exécution.

Il est vrai que pour comprendre le polymorphisme il faut comprendre ce qu'est la « transformation vers le haut ». En matière d'héritage, nous avons brièvement introduit la transformation vers le haut. Voici une brève explication : dans l'exemple de consommation ci-dessus, Wine (Win) est la classe parent et Jiannanchun (JNC), Wuliangye (WLY) et Jiuguijiu (JGJ) sont des sous-classes. Nous définissons le code suivant :

JNC a = new JNC();

Il nous est très simple de comprendre ce code, qui n'est rien d'autre que l'instanciation d'un objet Jian Nanchun ! Mais qu'en est-il de cela ?

Wine a = new JNC();

Ici, nous comprenons qu'un Wine type a est défini ici, qui pointe vers une instance d'objet JNC. Puisque JNC hérite de Wine, JNC peut être automatiquement transformé en Wine, donc a peut pointer vers l'objet instance JNC. Cela présente un très grand avantage. En héritage, nous savons que la sous-classe est une extension de la classe parent. Elle peut fournir des fonctions plus puissantes que la classe parent si nous définissons un type de référence de classe parent qui pointe vers la sous-classe. , alors en plus de pouvoir référencer les fonctionnalités communes de la classe parent, vous pouvez également utiliser les fonctions puissantes de la sous-classe.

Mais la transformation ascendante présente certaines lacunes, c'est-à-dire qu'elle entraînera certainement la perte de certaines méthodes et propriétés, nous rendant incapables de les obtenir. Par conséquent, la référence du type de classe parent peut appeler toutes les propriétés et méthodes définies dans la classe parent, mais elle est hors de portée des méthodes et propriétés qui n'existent que dans la sous-classe --- 1.

public class Wine {
    public void fun1(){
        System.out.println("Wine 的Fun.....");
        fun2();
    }
    
    public void fun2(){
        System.out.println("Wine 的Fun2...");
    }
}

public class JNC extends Wine{
    /**
     * @desc 子类重载父类方法
     *        父类中不存在该方法，向上转型后，父类是不能引用该方法的
     * @param a
     * @return void
     */
    public void fun1(String a){
        System.out.println("JNC 的 Fun1...");
        fun2();
    }
    
    /**
     * 子类重写父类方法
     * 指向子类的父类引用调用fun2时，必定是调用该方法
     */
    public void fun2(){
        System.out.println("JNC 的Fun2...");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Wine a = new JNC();
        a.fun1();
    }
}
-------------------------------------------------
Output:
Wine 的Fun.....
JNC 的Fun2...

À partir des résultats d'exécution du programme, nous avons constaté que a.fun1() exécute d'abord fun1() dans la classe parent Wine, puis exécute fun2() dans la sous-classe JNC.

Analyse : Dans ce programme, la sous-classe JNC surcharge la méthode fun1() de la classe parent Wine et remplace fun2(), et les surchargées fun1(String a) et fun1() ne sont pas la même méthode, comme il n'existe pas de méthode de ce type dans la classe parent, la méthode sera perdue après une transformation vers le haut, donc la référence de type Wine qui exécute JNC ne peut pas faire référence à la méthode fun1 (String a). La sous-classe JNC réécrit fun2(), donc la référence Wine pointant vers JNC appellera la méthode fun2() dans JNC.

Nous pouvons donc résumer le polymorphisme comme suit :

Puisque la référence de classe parent pointant vers la sous-classe est transformée vers le haut, elle ne peut accéder qu'aux méthodes et propriétés appartenant à la classe parent, et pour le sous-classe Pour une méthode qui existe dans la classe parent mais qui n'existe pas dans la classe parent, la référence ne peut pas être utilisée, même si la méthode est surchargée. Si une sous-classe remplace certaines méthodes de la classe parent, lors de l'appel de ces méthodes, elle doit utiliser les méthodes définies dans la sous-classe (connexion dynamique, appel dynamique).

      对于面向对象而已，多态分为编译时多态和运行时多态。其中编辑时多态是静态的，主要是指方法的重载，它是根据参数列表的不同来区分不同的函数，通过编辑之后会变成两个不同的函数，在运行时谈不上多态。而运行时多态是动态的，它是通过动态绑定来实现的，也就是我们所说的多态性。

多态的实现

      2.1实现条件

      在刚刚开始就提到了继承在为多态的实现做了准备。子类Child继承父类Father，我们可以编写一个指向子类的父类类型引用，该引用既可以处理父类Father对象，也可以处理子类Child对象，当相同的消息发送给子类或者父类对象时，该对象就会根据自己所属的引用而执行不同的行为，这就是多态。即多态性就是相同的消息使得不同的类做出不同的响应。

      Java实现多态有三个必要条件：继承、重写、向上转型。

         继承：在多态中必须存在有继承关系的子类和父类。

         重写：子类对父类中某些方法进行重新定义，在调用这些方法时就会调用子类的方法。

         向上转型：在多态中需要将子类的引用赋给父类对象，只有这样该引用才能够具备技能调用父类的方法和子类的方法。

         只有满足了上述三个条件，我们才能够在同一个继承结构中使用统一的逻辑实现代码处理不同的对象，从而达到执行不同的行为。

      对于Java而言，它多态的实现机制遵循一个原则：当超类对象引用变量引用子类对象时，被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法，但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是说被子类覆盖的方法。

      2.2实现形式

      在Java中有两种形式可以实现多态。继承和接口。

      2.2.1、基于继承实现的多态

      基于继承的实现机制主要表现在父类和继承该父类的一个或多个子类对某些方法的重写，多个子类对同一方法的重写可以表现出不同的行为。

public class Wine {
    private String name;
    
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Wine(){
    }
    
    public String drink(){
        return "喝的是 " + getName();
    }
    
    /**
     * 重写toString()
     */
    public String toString(){
        return null;
    }
}

public class JNC extends Wine{
    public JNC(){
        setName("JNC");
    }
    
    /**
     * 重写父类方法，实现多态
     */
    public String drink(){
        return "喝的是 " + getName();
    }
    
    /**
     * 重写toString()
     */
    public String toString(){
        return "Wine : " + getName();
    }
}

public class JGJ extends Wine{
    public JGJ(){
        setName("JGJ");
    }
    
    /**
     * 重写父类方法，实现多态
     */
    public String drink(){
        return "喝的是 " + getName();
    }
    
    /**
     * 重写toString()
     */
    public String toString(){
        return "Wine : " + getName();
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //定义父类数组
        Wine[] wines = new Wine[2];
        //定义两个子类
        JNC jnc = new JNC();
        JGJ jgj = new JGJ();
        
        //父类引用子类对象
        wines[0] = jnc;
        wines[1] = jgj;
        
        for(int i = 0 ; i < 2 ; i++){
            System.out.println(wines[i].toString() + "--" + wines[i].drink());
        }
        System.out.println("-------------------------------");

    }
}
OUTPUT:
Wine : JNC--喝的是 JNC
Wine : JGJ--喝的是 JGJ
-------------------------------

      在上面的代码中JNC、JGJ继承Wine，并且重写了drink()、toString()方法，程序运行结果是调用子类中方法，输出JNC、JGJ的名称，这就是多态的表现。不同的对象可以执行相同的行为，但是他们都需要通过自己的实现方式来执行，这就要得益于向上转型了。

      我们都知道所有的类都继承自超类Object，toString()方法也是Object中方法，当我们这样写时：

Object o = new JGJ();
      System.out.println(o.toString());

      输出的结果是Wine : JGJ。

      Object、Wine、JGJ三者继承链关系是：JGJ—>Wine—>Object。所以我们可以这样说：当子类重写父类的方法被调用时，只有对象继承链中的最末端的方法才会被调用。但是注意如果这样写：

Object o = new Wine();
System.out.println(o.toString());

  输出的结果应该是Null，因为JGJ并不存在于该对象继承链中。

      所以基于继承实现的多态可以总结如下：对于引用子类的父类类型，在处理该引用时，它适用于继承该父类的所有子类，子类对象的不同，对方法的实现也就不同，执行相同动作产生的行为也就不同。

      如果父类是抽象类，那么子类必须要实现父类中所有的抽象方法，这样该父类所有的子类一定存在统一的对外接口，但其内部的具体实现可以各异。这样我们就可以使用顶层类提供的统一接口来处理该层次的方法。

      2.2.2、基于接口实现的多态

      继承是通过重写父类的同一方法的几个不同子类来体现的，那么就可就是通过实现接口并覆盖接口中同一方法的几不同的类体现的。

      在接口的多态中，指向接口的引用必须是指定这实现了该接口的一个类的实例程序，在运行时，根据对象引用的实际类型来执行对应的方法。

      继承都是单继承，只能为一组相关的类提供一致的服务接口。但是接口可以是多继承多实现，它能够利用一组相关或者不相关的接口进行组合与扩充，能够对外提供一致的服务接口。所以它相对于继承来说有更好的灵活性。

三、经典实例。

      通过上面的讲述，可以说是对多态有了一定的了解。现在趁热打铁，看一个实例。该实例是有关多态的经典例子，

public class A {
    public String show(D obj) {
        return ("A and D");
    }

    public String show(A obj) {
        return ("A and A");
    } 

}

public class B extends A{
    public String show(B obj){
        return ("B and B");
    }
    
    public String show(A obj){
        return ("B and A");
    } 
}

public class C extends B{

}

public class D extends B{

}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        A a1 = new A();
        A a2 = new B();
        B b = new B();
        C c = new C();
        D d = new D();
        
        System.out.println("1--" + a1.show(b));
        System.out.println("2--" + a1.show(c));
        System.out.println("3--" + a1.show(d));
        System.out.println("4--" + a2.show(b));
        System.out.println("5--" + a2.show(c));
        System.out.println("6--" + a2.show(d));
        System.out.println("7--" + b.show(b));
        System.out.println("8--" + b.show(c));
        System.out.println("9--" + b.show(d));      
    }
}

运行结果：

1--A and A
2--A and A
3--A and D
4--B and A
5--B and A
6--A and D
7--B and B
8--B and B
9--A and D

在这里看结果1、2、3还好理解，从4开始就开始糊涂了，对于4来说为什么输出不是“B and B”呢？

首先我们先看一句话：当超类对象引用变量引用子类对象时，被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法，但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是说被子类覆盖的方法。这句话对多态进行了一个概括。其实在继承链中对象方法的调用存在一个优先级：this.show(O)、super.show(O)、this.show((super)O)、super.show((super)O)。

      分析：

     从上面的程序中我们可以看出A、B、C、D存在如下关系。

  

      首先我们分析5，a2.show(c)，a2是A类型的引用变量，所以this就代表了A，a2.show(c),它在A类中找发现没有找到，于是到A的超类中找(super)，由于A没有超类（Object除外），所以跳到第三级，也就是this.show((super)O)，C的超类有B、A，所以(super)O为B、A，this同样是A，这里在A中找到了show(A obj)，同时由于a2是B类的一个引用且B类重写了show(A obj)，因此最终会调用子类B类的show(A obj)方法，结果也就是B and A。

      按照同样的方法我也可以确认其他的答案。

      方法已经找到了但是我们这里还是存在一点疑问，我们还是来看这句话：当超类对象引用变量引用子类对象时，被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法，但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是说被子类覆盖的方法。这我们用一个例子来说明这句话所代表的含义：a2.show(b)；

      这里a2是引用变量，为A类型，它引用的是B对象，因此按照上面那句话的意思是说有B来决定调用谁的方法,所以a2.show(b)应该要调用B中的show(B obj)，产生的结果应该是“B and B”，但是为什么会与前面的运行结果产生差异呢？这里我们忽略了后面那句话“但是这儿被调用的方法必须是在超类中定义过的”，那么show(B obj)在A类中存在吗？根本就不存在！所以这句话在这里不适用？那么难道是这句话错误了？非也！其实这句话还隐含这这句话：它仍然要按照继承链中调用方法的优先级来确认。所以它才会在A类中找到show(A obj)，同时由于B重写了该方法所以才会调用B类中的方法，否则就会调用A类中的方法。

      所以多态机制遵循的原则概括为：当超类对象引用变量引用子类对象时，被引用对象的类型而不是引用变量的类型决定了调用谁的成员方法，但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是说被子类覆盖的方法，但是它仍然要根据继承链中方法调用的优先级来确认方法，该优先级为：this.show(O)、super.show(O)、this.show((super)O)、super.show((super)O)。

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