Day13：多态

任务号3 输出医生给宠物病的过程

关键步骤如下。

向上转型完成多态。

向下转型完成调用子类方法。

上转型前使用istancof判断。

实现多态

Java面向对象还有一个重要的特性:多态。

1.认识多态

多态一词的通常含义是指能够呈现出多种不同的形式或形态。而在程序设计的术语中，它意味着一个特定类型的变量可以引用不同类型的对象，并且能自动地调用引用的对象的方法，也就是根据作用到的不同对象类型，响应不同的操作。方法重写是实现多态的基础。通过下面这个例子可以简单认识什么是多态。

示例7

有一个宠物类Pet,它有几个子类，如Bird(小鸟)、Dog(狗)等，其中宠物类定义了看病的方法toHospital(),子类分别重写了 看病的方法。请在main()方法中分别实例化各种具体的宠物，并调用看病的方法。

关键代码:

//Pet父类
class Pet {public void toHospital() { System.out.pintln("宠物看病!");}
}//Dog子类继承Pet父类class Dog extends Pet{public void toHospital () {System.out.println("狗狗看病");}
}
//Bird子类继承Pet父类
class Bird extends Pet{public void toHospital (){System.out.println("小鸟看病");}}//以上为Pet和其子类代码，以下为调用代码public class Test {public static void main(String args[]) {Dog dog = new Dog();dog.toHospital;//狗狗看病Bird bird = new Bird(); bird.toptal();//小鸟看病}
}

输出结果:

狗狗看病
小鸟看病

也可以用示例8的代码实现相同功能。
示例8

请将示例7的实现方式进行修改。
关键代码:

public class Test {public static void main(String[] args) {Pet pet;pet=new Dog();pet.toHospital();//狗狗看病pet=new Bird();pet.toHospital();//小鸟看病}
}

示例8和示例7中两段Test类的代码运行效果完全一样。 虽然示例8中测试类里定义的是Pet类， 但实际执行时都是调用Pet子类的方法。示例8中的代码就体现了多态性。

多态意味着在一次方法调用中根据包含的对象的实际类型(即实际的子类对象)来决定应调用哪个方法，而不是由用来存储对象引用的变量的类型决定的。当调用一个方法时，为了实现多态的操作，这个方法既是在父类中 声明过的，也必须是在子类中重写过的方法。

示例8中的!Pet类声明为抽象类，因为其本身实例化没有任何意义，toHospital()方法声明为抽象方法。本章后面的代码中Pet都将以抽象类存在， Pet中的toHospita()方法都将以抽象方法存在，关于抽象类和抽象方法会在后续章节中讲解。

提示

（1）抽象类不能被实例化。
（2）子类如果不是抽象类，则必须重写抽象类中的全部抽象方法。
（3）abstract修饰符不能和final修饰符一 起使用。
（4）abstract修饰的抽象方法没有方法体。
（5）private 关键字不能用来修饰抽象方法。

2.向上转型

子类向父类的转换称为向上转型。
向上转型的语法格式如下。

<父类型><引用变量名>=new<子类型>();

之前介绍了基本数据类型之间的类型转换，举例如下。

(1)把int型常量或变量的值赋给double型变量，可以自动进行类型转换。

int i=5;
double d1 = 5;

(2)把double型常量或变量的值赋给int 型变量，必须进行强制类型转换。

double d2= 3.14;
int a = (int)d2;

实际上在引用数据类型的子类和父类之间也存在着类型转换问题，如示例8中的代码。

//Pet为抽象父类，Dog 为子类，Pet 中包含抽象方法toHospital()
Pet pet=new Dog();//子类到父类的转换
//会调用Dog类的toHospital()方法，而不是 Pet类的toHospital(方法，体现了 多态pet.toHospital();

提示

Pet对象无法调用子类特有的方法。

由以上内容可总结出子类转换成父类时的规则:

?将一个父类的引用指向一个子类对象称为向上转型，系统会自动进行类型转换。
?此时通过父类引用变量调用的方法是子类覆盖或继承了父类的方法，不是父类的方法。
?此时通过父类引用变量无法调用子类特有的方法。

3.向下转型

前面已经提到，当向上转型发生后，将无法调用子类特有的方法。但是如果需要调用子类特有的方法，可以通过把父类转换为子类来实现。

将个指向子类对象的父类引用赋给一个子类的的引用，即将父类型转换为子类类型，称为向下转型，此时必须进行强制类型转换。

如果Dog类中包含一个接 飞盘的方法catchingFlyDisc(),这个方法是子类特有的，下面的代码就会存在问题。

//Pet为父类， Dog为子类， Pet中包含方法toHospital(),不包含catchingFlyDisc()方法
Pet pet=new Dog();//子类到父类的转换
//会调用Dog类的toHospital()方法，而不是 Pet类的toHospital()方法，体现了多态。
pet.toHospital();
pet.catchingFlyDisc();//无法调用子类特有的方法

可以这样理解，主人可以为任何宠物看病，但只能和狗狗玩接飞盘游戏。在没有断定宠物的确是狗狗时，主人不能与宠物玩接飞盘游戏。因为他需要的是一个宠物，但是没有明确要求是一只狗狗，所以很有可能他的宠物是只小鸟，因此就不能确定是否能玩接飞盘游戏。那么这里需要做的就是进行强制类型转换，将父类转换为子类，然后才能调用子类特有的方法。

Dog dog=(Dog)pet;//将pet转换为Dog类型
dog.catchingFlyDisc();//执行Dog特有的方法

上述这种向下转型的操作对接口和抽象(普通)父类同样适用。

向下转型的语法。

<子类型><引用变量名>=(<子类型>父类型的引用变量>;

4. instanceof 运算符

在向下转型的过程中，如果不是转换为真实子类类型，会出现类型转换异常。

//Pet为父类，Dog为子类， Bird 为子类
Pet pet = new Dog();//子类到父类的转换
pet.toHospital();//会调用Dog类的toHospital()方法
Bird bird=(Bird)pet;//将pet转换为Bird 类会出错

在Java中提供了 instanceof运算符来进行类型的判断。

示例9

请判断宠物的类型。

关键代码:

public class Test {public static void main(String[] args) {Pet pet = new Bird();
//Pet pet = new Dog);pet.toHospital();if (pet instanceof Dog) {Dog dog = (Dog) pet;dog.catchingFlyDisc();//执行狗狗特有的方法，即接 飞盘} else if (pet instanceof Bird) {Bird bird = (Bird) pet;bird.fly();//执行小鸟特有的方法，即飞翔}}
}

使用instanceof时，对象的类型必须和instanceof后面的参数所指定的类有继承关系，否则会出现编译错误。例如，代码“pet instanceof String”，会出现编译错误。instanceof通常和强制类型转换结合使用。至此，任务3结束。

多态的应用

从上面的例子不难发现，多态的优势非常突出。

?可替换性:多态对已存在的代码具有可替换性。
?可扩充性:多态对代码具有可扩充性。增加新的子类不影响已存在类的多态性、继承性，以及其他特性的运行和操作。实际上新加子类更容易获得多态功能。
?接口性:多态是父类向子类提供了一个共同接口，由子类来具体实现。
?灵活性:多态在应用中体现了灵活多样的操作，提高了使用效率。
?简化性:多态简化了应用软件的代码编写和修改过程，尤其在处理大量对象的运算和操作时，这个特点尤为突出和重要。

在多态的程序设计中，一般有以下两种主要的应用形式。

1.使用父类作为方法的形参

使用父类作为方法的形参，是Java中实现和使用多态的主要方式。下面通过示例10进行演示。

示例 10

假如狗、猫、鸭3种动物被一个主人领养， 这个主人可以控制各种动物叫的行为，实现一个主人类，在该类中定义控制动物叫的方法，请实现此功能。

关键代码:

//主人类
public class Test {class Host {public void letCry(Animal animal) {animal.cry();//调用动物叫的方法}}//以上为主人类代码，以下为调用代码public class Test {public static void main(String[] args) {Host host = new Host();Animal animal;animal = new Dog();//控制狗叫hostletCry(animal);animal = new Cat();//控制猫叫host.letCry(animal);animal = new Duck();//控制鸭叫host.letCry(animal);}}

在示例10的主人控制动物叫的方法中，并没有把动物的子类作为方法参数，而是使用Animal父类。当调用letCry（）方法时，实际传入的参数是一个子类的动物，最终调用的也是这个子类动物的cry()方法。

2.使用父类作为方法的返回值

使用父类作为方法的返回值，也是Java中实现和使用多态的主要方式。下面通过示例11进行演示。

示例11

假如这3种动物被一个主人领养，这个主人可以根据其他人的要求任意送出一只宠物，送出的动物可以叫，请实现此功能。

关键代码:

class Host {//赠送动物public Animal donateAnimal(String type) {Animal animal;if (type == "dog") {animal = new Dog();} else if (type == "Cat") {animal = new Cat);} else {animal = new Duck();return animal;}}//以上为主人类代码，以下 为调用代码public class Test {public static void main(String[] args) {Host host = new Host();Animal animal;animal = host.donateAnimal("dog");animal.cry();//狗叫animal = host.donateAnimal("cat");animal.cry(); // 猫叫}}

在上述代码中将父类Animal作为赠送动物方法的返回类型，而不是具体的子类，调用者仍然可以控制动物叫，动物叫的行为则由具体的动物类型决定。