在Java中,父类的变量可以引用父类的实例,也可以引用子类的实例。
请大家先看一段代码:
- public class Demo {
- public static void main(String[] args) {
- People obj = new People(); // 引用父类实例
- obj.say();
- obj = new Teacher(); // 引用子类实例
- obj.say();
- }
- }
- class People{
- void say(){
- System.out.println("大家好,我是良民");
- }
- }
- class Teacher extends People{
- void say(){
- System.out.println("大家好,我是一名老师");
- }
- }
运行结果:
大家好,我是良民
大家好,我是一名老师
上面的代码,定义了两个类,分别是 People 和 Teacher,Teacher 类继承自 People 类。obj 变量的类型为
People,它既可以指向 People 类的实例,也可以指向 Teacher
类的实例,这是正确的。也就是说,父类的变量可以引用父类的实例,也可以引用子类的实例。注意反过来是错误的,因为所有的教师都是人类,但不是所有的人都
是教师。
可以看出,obj 既可以是人类,也可以是教师,它有不同的表现形式,这就被称为多态。多态是指一个事物有不同的表现形式或形态。
再比如“宠物”,也有很多不同的表达或实现,它可以是小猫、小狗、蜥蜴等,我们到宠物店说“请给我一只宠物”,服务员给我们小猫、小狗或者蜥蜴都可以,我们就说“宠物”具备了多态性。
多态存在的三个必要条件:要有继承、要有重写、父类变量引用子类对象。
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,则检查子类是否覆盖了该方法。
- 如果子类覆盖了该方法,就调用子类的方法,否则调用父类方法。
动态绑定
为了理解多态的本质,下面讲一下Java调用方法的详细流程。
1) 编译器查看对象的声明类型和方法名。
假设调用 obj.func(param),obj 为 Teacher
类的对象。需要注意的是,有可能存在多个名字为func但参数签名不一样的方法。例如,可能存在方法 func(int) 和
func(String)。编译器将会一一列举所有 Teacher 类中名为func的方法和其父类 People 中访问属性为 public
且名为func的方法。
这样,编译器就获得了所有可能被调用的候选方法列表。
2) 接下来,编泽器将检查调用方法时提供的参数签名。
如果在所有名为func的方法中存在一个与提供的参数签名完全匹配的方法,那么就选择这个方法。这个过程被称为重载解析(overloading resolution)。
例如,如果调用 func("hello"),编译器会选择 func(String),而不是 func(int)。由于自动类型转换的存在,例如
int 可以转换为
double,如果没有找到与调用方法参数签名相同的方法,就进行类型转换后再继续查找,如果最终没有匹配的类型或者有多个方法与之匹配,那么编译错误。
这样,编译器就获得了需要调用的方法名字和参数签名。
3) 如果方法的修饰符是private、static、final(static和final将在后续讲解),或者是构造方法,那么编译器将可以准确地知道应该调用哪个方法,我们将这种调用方式 称为静态绑定(static binding)。
与此对应的是,调用的方法依赖于对象的实际类型, 并在运行时实现动态绑。例如调用 func("hello"),编泽器将采用动态绑定的方式生成一条调用 func(String) 的指令。
4)当程序运行,并且釆用动态绑定调用方法时,JVM一定会调用与 obj 所引用对象的实际类型最合适的那个类的方法。我们已经假设 obj
的实际类型是 Teacher,它是 People 的子类,如果 Teacher 中定义了 func(String),就调用它,否则将在
People 类及其父类中寻找。
每次调用方法都要进行搜索,时间开销相当大,因此,JVM预先为每个类创建了一个方法表(method lable),
其中列出了所有方法的名称、参数签名和所属的类。这样一来,在真正调用方法的时候,虚拟机仅查找这个表就行了。在上面的例子中,JVM 搜索
Teacher 类的方法表,以便寻找与调用 func("hello") 相匹配的方法。这个方法既有可能是
Teacher.func(String),也有可能是
People.func(String)。注意,如果调用super.func("hello"),编译器将对父类的方法表迸行搜索。
假设 People 类包含 say(String)、getName()、getAge() 三个,那么它的方法表如下:
say(String) -> People.say(String)
getName() -> People.getName()
getAge() -> People.getAge()
实际上,People 也有默认的父类 Object(后续会讲解),会继承 Object 的方法,所以上面列举的方法并不完整。
假设 Teacher 类覆盖了 People 类中的 getName() 方法,并且新增了一个方法 raiseSalary(double),那么它的参数列表为:
say(String) -> People.say(String)
getName() -> Teacher.getName()
getAge() -> People.getAge()
raiseSalary(double) -> Teacher.raiseSalary(double)
在运行的时候,调用 obj.getName() 方法的过程如下:
- JVM 首先访问 obj 的实际类型的方法表,可能是 People 类的方法表,也可能是 Teacher 类及其子类的方法表。
- JVM 在方法表中搜索与 getName() 匹配的方法,找到后,就知道它属于哪个类了。
- JVM 调用该方法。