Java-02-01-05-多态

何若
Java02-面向对象编程--01-面向对象基础

发布于：2020年8月4日
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在继承关系中，子类如果定义了一个与父类方法签名完全相同的方法，被称为覆写（Override）。

例如，在Person类中，我们定义了run()方法：

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class Person {
    public void run() {
        System.out.println("Person.run");
    }
}

在子类Student中，覆写这个run()方法：

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class Student extends Person {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Student.run");
    }
}

Override和Overload不同的是，如果方法签名不同，就是Overload，Overload方法是一个新方法；如果方法签名相同，并且返回值也相同，就是Override。

注意：方法名相同，方法参数相同，但方法返回值不同，也是不同的方法。在Java程序中，出现这种情况，编译器会报错。

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class Person {
    public void run() { … }
}

class Student extends Person {
    // 不是Override，因为参数不同:
    public void run(String s) { … }
    // 不是Override，因为返回值不同:
    public int run() { … }
}

加上@Override可以让编译器帮助检查是否进行了正确的覆写。希望进行覆写，但是不小心写错了方法签名，编译器会报错。

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// override

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
    }
}

class Person {
    public void run() {}
}

public class Student extends Person {
    @Override // Compile error!
    public void run(String s) {}
}

但是@Override不是必需的。

在上一节中，我们已经知道，引用变量的声明类型可能与其实际类型不符，例如：

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Person p = new Student();

现在，我们考虑一种情况，如果子类覆写了父类的方法：

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// override

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Person p = new Student();
        p.run(); // 应该打印Person.run还是Student.run?
    }
}

class Person {
    public void run() {
        System.out.println("Person.run");
    }
}

class Student extends Person {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Student.run");
    }
}

那么，一个实际类型为Student，引用类型为Person的变量，调用其run()方法，调用的是Person还是Student的run()方法？

运行一下上面的代码就可以知道，实际上调用的方法是Student的run()方法。因此可得出结论：

Java的实例方法调用是基于运行时的实际类型的动态调用，而非变量的声明类型。

这个非常重要的特性在面向对象编程中称之为多态。它的英文拼写非常复杂：Polymorphic。

多态

多态是指，针对某个类型的方法调用，其真正执行的方法取决于运行时期实际类型的方法。例如：

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Person p = new Student();
p.run(); // 无法确定运行时究竟调用哪个run()方法

有童鞋会问，从上面的代码一看就明白，肯定调用的是Student的run()方法啊。

但是，假设我们编写这样一个方法：

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public void runTwice(Person p) {
    p.run();
    p.run();
}

它传入的参数类型是Person，我们是无法知道传入的参数实际类型究竟是Person，还是Student，还是Person的其他子类，因此，也无法确定调用的是不是Person类定义的run()方法。

所以，多态的特性就是，运行期才能动态决定调用的子类方法。对某个类型调用某个方法，执行的实际方法可能是某个子类的覆写方法。这种不确定性的方法调用，究竟有什么作用？

我们还是来举栗子。

假设我们定义一种收入，需要给它报税，那么先定义一个Income类：

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class Income {
    protected double income;
    public double getTax() {
        return income * 0.1; // 税率10%
    }
}

对于工资收入，可以减去一个基数，那么我们可以从Income派生出SalaryIncome，并覆写getTax()：

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class Salary extends Income {
    @Override
    public double getTax() {
        if (income <= 5000) {
            return 0;
        }
        return (income - 5000) * 0.2;
    }
}

如果你享受国务院特殊津贴，那么按照规定，可以全部免税：

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class StateCouncilSpecialAllowance extends Income {
    @Override
    public double getTax() {
        return 0;
    }
}

现在，我们要编写一个报税的财务软件，对于一个人的所有收入进行报税，可以这么写：

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public double totalTax(Income... incomes) {
    double total = 0;
    for (Income income: incomes) {
        total = total + income.getTax();
    }
    return total;
}

来试一下：

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// Polymorphic

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 给一个有普通收入、工资收入和享受国务院特殊津贴的小伙伴算税:
        Income[] incomes = new Income[] {
            new Income(3000),
            new Salary(7500),
            new StateCouncilSpecialAllowance(15000)
        };
        System.out.println(totalTax(incomes));
    }

    public static double totalTax(Income... incomes) {
        double total = 0;
        for (Income income: incomes) {
            total = total + income.getTax();
        }
        return total;
    }
}

class Income {
    protected double income;

    public Income(double income) {
        this.income = income;
    }

    public double getTax() {
        return income * 0.1; // 税率10%
    }
}

class Salary extends Income {
    public Salary(double income) {
        super(income);
    }

    @Override
    public double getTax() {
        if (income <= 5000) {
            return 0;
        }
        return (income - 5000) * 0.2;
    }
}

class StateCouncilSpecialAllowance extends Income {
    public StateCouncilSpecialAllowance(double income) {
        super(income);
    }

    @Override
    public double getTax() {
        return 0;
    }
}

观察totalTax()方法：利用多态，totalTax()方法只需要和Income打交道，它完全不需要知道Salary和StateCouncilSpecialAllowance的存在，就可以正确计算出总的税。如果我们要新增一种稿费收入，只需要从Income派生，然后正确覆写getTax()方法就可以。把新的类型传入totalTax()，不需要修改任何代码。

可见，多态具有一个非常强大的功能，就是允许添加更多类型的子类实现功能扩展，却不需要修改基于父类的代码。

覆写Object方法

因为所有的class最终都继承自Object，而Object定义了几个重要的方法：

  • toString()：把instance输出为String；
  • equals()：判断两个instance是否逻辑相等；
  • hashCode()：计算一个instance的哈希值。

在必要的情况下，我们可以覆写Object的这几个方法。例如：

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class Person {
    ...
    // 显示更有意义的字符串:
    @Override
    public String toString() {
        return "Person:name=" + name;
    }

    // 比较是否相等:
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        // 当且仅当o为Person类型:
        if (o instanceof Person) {
            Person p = (Person) o;
            // 并且name字段相同时，返回true:
            return this.name.equals(p.name);
        }
        return false;
    }

    // 计算hash:
    @Override
    public int hashCode() {
        return this.name.hashCode();
    }
}

调用super

在子类的覆写方法中，如果要调用父类的被覆写的方法，可以通过super来调用。例如：

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class Person {
    protected String name;
    public String hello() {
        return "Hello, " + name;
    }
}

Student extends Person {
    @Override
    public String hello() {
        // 调用父类的hello()方法:
        return super.hello() + "!";
    }
}

final

继承可以允许子类覆写父类的方法。如果一个父类不允许子类对它的某个方法进行覆写，可以把该方法标记为final。用final修饰的方法不能被Override：

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class Person {
    protected String name;
    public final String hello() {
        return "Hello, " + name;
    }
}

Student extends Person {
    // compile error: 不允许覆写
    @Override
    public String hello() {
    }
}

如果一个类不希望任何其他类继承自它，那么可以把这个类本身标记为final。用final修饰的类不能被继承：

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final class Person {
    protected String name;
}

// compile error: 不允许继承自Person
Student extends Person {
}

对于一个类的实例字段，同样可以用final修饰。用final修饰的字段在初始化后不能被修改。例如：

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class Person {
    public final String name = "Unamed";
}

对final字段重新赋值会报错：

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Person p = new Person();
p.name = "New Name"; // compile error!

可以在构造方法中初始化final字段：

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class Person {
    public final String name;
    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
}

这种方法更为常用，因为可以保证实例一旦创建，其final字段就不可修改。

练习

给一个有工资收入和稿费收入的小伙伴算税。

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public class Income {

    protected double income;

    public Income(double income) {
        this.income = income;
    }

    public double getTax() {
        return income * 0.1; // 税率10%
    }

}
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public class SalaryIncome extends Income {

    public SalaryIncome(double income) {
        super(income);
    }

    @Override
    public double getTax() {
        if (income <= 5000) {
            return 0;
        }
        return (income - 5000) * 0.2;
    }
}
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/**
 * 稿费收入税率是20%
 */
public class RoyaltyIncome extends Income {

    public RoyaltyIncome(double income) {
        super(income);
    }

    @Override
    public double getTax() {
        return income * 0.2;
    }

}
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public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO: 给一个有工资收入和稿费收入的小伙伴算税:
        Income[] incomes = new Income[] {
                new Income(3000),
                new SalaryIncome(7500),
                new RoyaltyIncome(12000)
        };
        System.out.println(totalTax(incomes));
    }

    public static double totalTax(Income... incomes){
        double total = 0;
        for(Income income : incomes){
            total += income.getTax();
        }
        return total;
    }
}

小结

  • 子类可以覆写父类的方法（Override），覆写在子类中改变了父类方法的行为；
  • Java的方法调用总是作用于运行期对象的实际类型，这种行为称为多态；
  • final修饰符有多种作用：
    • final修饰的方法可以阻止被覆写；
    • final修饰的class可以阻止被继承；
    • final修饰的field必须在创建对象时初始化，随后不可修改。

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更新于：2020年8月16日

Java

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