2.面向对象 - 多态 - 《JAVA》

2.1 概述
2.2 多态的体现
2.3 多态的好处
2.4 接口多态的综合案例

2.1 概述

引入

多态是继封装、继承之后，面向对象的第三大特性。

生活中，比如跑的动作，小猫、小狗和大象，跑起来是不一样的。再比如飞的动作，昆虫、鸟类和飞机，飞起来也

是不一样的。可见，同一行为，通过不同的事物，可以体现出来的不同的形态。多态，描述的就是这样的状态。

定义

多态：是指同一行为，具有多个不同表现形式。

前提【重点】

继承或者实现【二选一】
方法的重写【意义体现：不重写，无意义】
父类引用指向子类对象【格式体现】

2.2 多态的体现

多态体现的格式：

父类类型 变量名 = new 子类对象； 
变量名.方法名();

父类类型：指子类对象继承的父类类型，或者实现的父接口类型。

代码如下：

Fu f = new Zi(); 
f.method();

当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误；如果有，执行的是子类重写后方法。
代码如下：
定义父类：

public abstract class Animal { 
    public abstract void eat(); 
}

定义子类：

class Cat extends Animal { 
    public void eat() { 
        System.out.println("吃鱼"); 
    } 
}
class Dog extends Animal { 
    public void eat() { 
        System.out.println("吃骨头");
    } 
}

定义测试类：

public class Test { 
    public static void main(String[] args) { 
        // 多态形式，创建对象 
        Animal a1 = new Cat(); 
        // 调用的是 Cat 的 eat 
        a1.eat();

        // 多态形式，创建对象 
        Animal a2 = new Dog();
        // 调用的是 Dog 的 eat 
        a2.eat(); 
    } 
}

2.3 多态的好处

实际开发的过程中，父类类型作为方法形式参数，传递子类对象给方法，进行方法的调用，更能体现出多态的扩展性与便利。代码如下：
定义父类：

public abstract class Animal { 
    public abstract void eat(); 
}

定义子类：

class Cat extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("吃鱼");
    }
}

class Dog extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("吃骨头");
    }
}

定义测试类：

public class Test {
    public static void main(String[] args) { // 多态形式，创建对象
        Cat c = new Cat();
        Dog d = new Dog(); // 调用showCatEat 
        showCatEat(c); // 调用showDogEat
        showDogEat(d); 
        /*
          以上两个方法, 均可以被showAnimalEat(Animal a)方法所替代 而执行效果一致 
          */
        showAnimalEat(c);
        showAnimalEat(d);
    }

    public static void showCatEat(Cat c) {
        c.eat();
    }

    public static void showDogEat(Dog d) {
        d.eat();
    }

    public static void showAnimalEat(Animal a) {
        a.eat();
    }
}

由于多态特性的支持，showAnimalEat方法的Animal类型，是Cat和Dog的父类类型，父类类型接收子类对象，当然可以把Cat对象和Dog对象，传递给方法。

当eat方法执行时，多态规定，执行的是子类重写的方法，那么效果自然与showCatEat、showDogEat方法一致，所以showAnimalEat完全可以替代以上两方法。

不仅仅是替代，在扩展性方面，无论之后再多的子类出现，我们都不需要编写showXxxEat方法了，直接使用 showAnimalEat都可以完成。

所以，多态的好处，体现在，可以使程序编写的更简单，并有良好的扩展。

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### 2.4 引用类型转换

多态的转型分为向上转型与向下转型两种：

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#### **向上转型**

- 向上转型：多态本身是子类类型向父类类型向上转换的过程，这个过程是默认的。

当父类引用指向一个子类对象时，便是向上转型。

使用格式：

```java
父类类型 变量名 = new 子类类型(); 
如：Animal a = new Cat();

向下转型

向下转型：父类类型向子类类型向下转换的过程，这个过程是强制的。
一个已经向上转型的子类对象，将父类引用转为子类引用，可以使用强制类型转换的格式，便是向下转型。

使用格式：

子类类型 变量名 = (子类类型) 父类变量名; 
如:Cat c =(Cat) a;

为什么要转型

当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误。也就是说，不能调用子类拥有，而父类没有的方法。编译都错误，更别说运行了。这也是多态给我们带来的一点”小麻烦”。所以，想要调用子类特有的方法，必须做向下转型。

转型演示，代码如下：

定义类：

abstract class Animal {
    abstract void eat();
}

class Cat extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("吃鱼");
    }

    public void catchMouse() {
        System.out.println("抓老鼠");
    }
}

class Dog extends Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("吃骨头");
    }

    public void watchHouse() {
        System.out.println("看家");
    }
}

定义测试类：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上转型 
        Animal a = new Cat();
        a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat 
        // 向下转型 
        Cat c = (Cat) a;
        c.catchMouse(); // 调用的是 Cat 的 catchMouse 
    }
}

转型的异常

转型的过程中，一不小心就会遇到这样的问题，请看如下代码：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上转型 
        Animal a = new Cat();
        a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat 

        // 向下转型 
        Dog d = (Dog) a;
        d.watchHouse(); // 调用的是 Dog 的 watchHouse 【运行报错】 
    }
}

这段代码可以通过编译，但是运行时，却报出了 ClassCastException ，类型转换异常！这是因为，明明创建了

Cat类型对象，运行时，当然不能转换成Dog对象的。这两个类型并没有任何继承关系，不符合类型转换的定义。

为了避免ClassCastException的发生，Java提供了 instanceof 关键字，给引用变量做类型的校验，格式如下：

变量名 instanceof 数据类型 
如果变量属于该数据类型，返回true。 
如果变量不属于该数据类型，返回false。

所以，转换前，我们最好先做一个判断，代码如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上转型 
        Animal a = new Cat();
        a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat

        // 向下转型 
        if (a instanceof Cat) {
            Cat c = (Cat) a;
            c.catchMouse(); // 调用的是 Cat 的 catchMouse 
        } else if (a instanceof Dog) {
            Dog d = (Dog) a;
            d.watchHouse(); // 调用的是 Dog 的 watchHouse 
        }
    }
}

2.4 接口多态的综合案例

笔记本电脑

笔记本电脑（laptop）通常具备使用USB设备的功能。在生产时，笔记本都预留了可以插入USB设备的USB接口，

但具体是什么USB设备，笔记本厂商并不关心，只要符合USB规格的设备都可以。

定义USB接口，具备最基本的开启功能和关闭功能。鼠标和键盘要想能在电脑上使用，那么鼠标和键盘也必须遵守

USB规范，实现USB接口，否则鼠标和键盘的生产出来也无法使用。

案例分析

进行描述笔记本类，实现笔记本使用USB鼠标、USB键盘

USB接口，包含开启功能、关闭功能
笔记本类，包含运行功能、关机功能、使用USB设备功能
鼠标类，要实现USB接口，并具备点击的方法
键盘类，要实现USB接口，具备敲击的方法

案例实现

定义USB接口：

interface USB { 
    void open();// 开启功能 
    void close();// 关闭功能 
}

定义鼠标类：

class Mouse implements USB {
    public void open() {
        System.out.println("鼠标开启，红灯闪一闪");
    }

    public void close() {
        System.out.println("鼠标关闭，红灯熄灭");
    }

    public void click() {
        System.out.println("鼠标单击");
    }
}

定义键盘类：

class KeyBoard implements USB {
    public void open() {
        System.out.println("键盘开启，绿灯闪一闪");
    }

    public void close() {
        System.out.println("键盘关闭，绿灯熄灭");
    }

    public void type() {
        System.out.println("键盘打字");
    }
}

定义笔记本类：

class Laptop {
    // 笔记本开启运行功能
    public void run() {
        System.out.println("笔记本运行");
    }

    // 笔记本使用usb设备，这时当笔记本对象调用这个功能时，必须给其传递一个符合USB规则的USB设备
    public void useUSB(USB usb) {
        // 判断是否有USB设备
        if (usb != null) {
            usb.open(); // 类型转换,调用特有方法
            if (usb instanceof Mouse) {
                Mouse m = （Mouse）usb；m.click();
            } else if (usb instanceof KeyBoard) {
                KeyBoard kb = (KeyBoard) usb;
                kb.type();
            } usb.close();
        }
    }

    public void shutDown() {
        System.out.println("笔记本关闭");
    }
}

测试类，代码如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建笔记本实体对象
        Laptop lt = new Laptop();
        // 笔记本开启
        lt.run();

        // 创建鼠标实体对象
        Usb u = new Mouse(); // 笔记本使用鼠标 
        lt.useUSB(u); // 创建键盘实体对象 
        KeyBoard kb = new KeyBoard(); // 笔记本使用键盘 
        lt.useUSB(kb); // 笔记本关闭 
        lt.shutDown();
    }
}