【Java 基础语法】万字解析 Java 的多态、抽象类和接口
}
}
当我们如出现 eat 被写成了 ate 时候，那么编译器就会发现父类中是没有 ate 方法的，就会编译报错，提示无法构成重写
重写时可以修改返回值，方法名和参数类型及个数都不可以修改。仅当返回值为类类型时，重写的方法才可以修改返回值类型，且必须是父类方法返回值的子类；要么就不修改，与父类返回值类型相同
了解到这，大家对于重写肯定有了一个概念。此时我们再回忆一下之前学过的重载，可以做一个表格来进行对比
| 区别 | 重载（Overload） | 重写（Override） |
| --- | --- | --- |
| 概念 | 方法名称相同、参数列表不同、返回值无要求 | 方法名称相同、参数列表相同、返回类型一般相同 |
| 范围 | 重载不是必须在一个类当中（继承） | 继承关系 |
| 限制 | 没有权限要求 | 被覆写的方法不能拥有比父类更严格的访问控制权限 |
比较结果就是，两者没啥关系呀
讲到这里，我们好像一直没有说明上一小节的标题动态绑定是啥
那么什么叫做动态绑定呢？发生的条件如下
发生向上转型（父类引用需要引用子类对象）
通过父类引用，来调用子类和父类的同名覆盖方法
那为啥是叫动态的呢？经过反汇编我们可以发现
编译的时候： 调用的是父类的方法
但是运行的时候： 实际上调用的是子类的方法
因此这其实是一个动态的过程，也可以叫其运行时绑定
4. 向下转型
既然介绍了向上转型，那肯定也缺不了向下转型呀！什么时向下转型呢？想想向上转型就可以猜到它就是
把父类对象赋值给了子类对象的引用
那么换成代码就是
// 假设 Animal 是父类，Dog 是子类
public class TestDemo{
public static void main(String[] args){
Animal animal=new Animal("动物");
Dog dog=animal;
}
}
但是只是上述这样写是不行的，会报错
为什么呢？我们可以这样想一下
狗是动物，但是动物不能说是狗，这相当于是一个包含的关系。
因此可以将狗的对象直接赋值给动物，但是不能将动物的对象赋值给狗
我们就可以使用强制类型转换，这样上述代码就不会报错了
public class TestDemo{
public static void main(String[] args){
Animal animal=new Animal("动物");
Dog dog=(Dog)animal;
}
}
我们接着用 dog 引用去运行一下 eat 方法
public class TestDemo{
public static void main(String[] args){
Animal animal=new Animal("动物");
Dog dog=(Dog)animal;
dog.eat();
}
}
运行后出现了错误
动物不能被转换成狗！
那我们该怎么做呢？我们要记住一点：
使用向下转型的前提是：一定要发生了向上转型
public class TestDemo{
public static void main(String[] args){
Animal animal=new Dog("二哈");
Dog dog=(Dog)animal;
dog.eat();
}
}
这样就没问题啦！
像上述我们提到使用向下转型的前提是要发生向上转型。我们其实可以理解为，我们在使用向上转型的时候，有些功能无法做到，故我们再使用向下转型来完善代码（emmm，纯属个人愚见啦）。就比如
// 假设我的 Dog 类中有一个看家的方法 guard
public class TestDemo{
public static void main(String[] args){
Animal animal=new Dog("二哈");
animal.guard();
}
}
上述代码就会报错，因为 Animal 类中是没有 guard 方法的。因此我们就要借用向下转型
public class TestDemo{
public static void main(String[] args){
Animal animal=new Dog("二哈");
Dog dog =animal;
dog.guard();
}
}
注意：
其实向下转型不常使用，使用它可能会不小心犯一些错误。如果我们上述的代码又要继续使用一些其他动物的特有方法，如果忘了它们没有发生向上转型，就会报错。
为了避免这种错误： 我们可以使用 instanceof
instanceof：可以判定一个引用是否是某个类的实例，如果是则返回 true，不是则返回 false，如
public class TestDemo{
public static void main(String[] args){
Animal animal=new Dog("二哈");
if(animal instanceof Bird){
Bird bird=(Bird)animal;
bird.fly();
}
}
}
上述代码就是先判断 Animal 的引用是否是 Bird 的实例，我们知道它应该是 Dog 的实例，故返回 false
5. 关键字 super
其实上章就讲解过了 super 关键字，这里我再用一个表格比较下 this 和 super，方便理解
| 区别 | this | super |
| --- | --- | --- |
| 概念 | 访问本类中的属性和方法 | 由子类访问父类中的属性和方法 |
| 查找范围 | 先查找本类，如果本类没有就调用父类 | 直接调用父类 |
| 表示 | 表示当前对象 | 无 |
| 共性 1 | 不能被放在 static 修饰的方法中 | 不能被放在 static 修饰的方法中 |
| 共性 2 | 要放在第一行（不能和 super 一起使用） | 要放在第一行（不能和 this 一起使用） |
6. 在构造方法中调用重写方法（坑）
接下来我们看一段代码，大家可以猜猜结果是啥哦！
class Animal{
public String name;
public Animal(String name){
eat();
this.name=name;
}
public void eat(){
System.out.println(this.name+"在吃食物（Animal）");
}
}
class Dog extends Animal{
public Dog(String name){
super(name);
}
public void eat(){
System.out.println(this.name+"在吃食物（Dog）");
}
}
public class TestDemo{
public static void main(String[] args){
Dog dog=new Dog("二哈");
}
}
结果就是
如果没猜对的，一般有两个疑惑：
没有调用 eat 方法，但为什么结果是这样的？
为啥是 null？
解答：
疑惑一： 因为子类继承父类需要帮父类构造方法，所以子类创建对象时，就构造了父类的构造方法，就执行了父类的 eat 方法
疑惑二： 由于父类构造方法是先执行 eat 方法，而 name 的赋值在后面一步，多以此时的 name 是 null
结论：
构造方法中可以调用重写的方法，并且发生了动态绑定
7. 理解多态
介绍到这里，我们终于要开始正式介绍我们今天的一大重点多态了！那什么是多态呢？其实他和继承一样是一种思想，我们可以先看一段代码
class Shape{
public void draw(){
}
}
class Cycle extends Shape{
@Override
public void draw() {
System.out.println("画一个圆?");
}
}
class Rect extends Shape{
@Override
public void draw() {
System.out.println("画一个方片?");
}
}
class Flower extends Shape{
@Override
public void draw() {
System.out.println("画一朵花?");
}
}
public class TestDemo{
public static void main(String[] args) {
Cycle shape1=new Cycle();
Rect shape2=new Rect();
Flower shape3=new Flower();
drawMap(shape1);
drawMap(shape2);
drawMap(shape3);
}
public static void drawMap(Shape shape){
shape.draw();
}
}
我们发现 drawMap 这个方法被调用者使用时，都是经过父类调用了其中的 draw 方法，并且最终的表现形式是不一样的。而这种思想就叫做多态。
更简单的说，多态就是
一个引用能表现出多种不同的形态
而多态是一种思想，实现它的前提有两点
向上转型
调用同名的覆盖方法
而一种思想的传承总有它独到的好处，那么使用多态有什么好处呢？
1）类调用者对类的使用成本进一步降低
封装是让类的调用者不需要知道类的实现细节
多态能让类的调用者连这个类的类型是什么都不必知道，只需要这个对象具有某种方法即可
2）能够降低代码的“圈复杂度”，避免使用大量的 if-else 语句
圈复杂度：
是一种描述一段代码复杂程度的方式。可以将一段代码中条件语句和循环语句出现的个数看作是“圈复杂度”，这个个数越多，就认为理解起来更复杂。
我们可以看一段代码
public static void drawShapes(){
Rect rect = new Rect();
Cycle cycle = new Cycle();
Flower flower = new Flower();
String[] shapes = {"cycle", "rect", "cycle", "rect", "flower"};
for (String shape : shapes) {
if (shape.equals("cycle")) {
cycle.draw();
} else if (shape.equals("rect")) {
rect.draw();
} else if (shape.equals("flower")) {
flower.draw();
}
}
}
这段代码的意思就是要分别打印圆、方片、圆、方片、花，如果不使用多态的话，我们一般就会写出上面这种方法。而使用多态的话，代码就会显得很简单，如
public static void drawShapes() {
// 我们创建了一个 Shape 对象的数组.
Shape[] shapes = {new Cycle(), new Rect(), new Cycle(), new Rect(), new Flower()};
for (Shape shape : shapes) {
shape.draw();
}
}
我们可以通过下面这种图理解上面的代码
而整体看起来，使用了多态的代码就简单了很多
3）可扩展能力强
如上述画图的代码，如果我们要新增一种新的形状，使用多态的方式改动成本也比较低，如
// 增加三角形
class Triangle extends Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("△");
}
}
运用多态的话，我们扩展的代码增加一个新类就可以。而对于不使用多态的情况，就还需要对 if-else 语句进行一定的修改，故改动成本会更高
8. 小结
到此为止，面向对象的三大特点：封装、继承、多态已经全部介绍完了。由于我个人的理解也有限，所以讲的可能不好、不足，希望大家多多理解呀。
接下来将会介绍抽象类和接口，其中也会进一步运用到多态，大家可以多多练习，加深思想的理解。
1. 概念
我们上面刚写过一个画图型的代码，其中父类的定义是这样的
class Shape{
public void draw(){
}
}
我们发现，父类中的 draw 方法里面没有内容，而绘图都是通过各种子类的 draw 方法完成的。
像上述代码，这种没有实际工作的方法，我们可以通过 abstract 来设计设计成一个抽象方法，而包含抽象方法的类就是抽象类
设计之后的代码就是这样的
abstract class Shape{
public abstract void draw();
}
2. 注意事项
方法和类都要由 abstract 修饰
抽象类中可以定义其他数据成员和成员方法，如
abstract class Shape{
public int a;
public void b(){
// ...
}
public abstract void draw();
}
但要使用这些成员和方法，需要靠子类通过 super 才能使用
抽象类不可以被实例化
抽象方法不能是被 private 修饰的
抽象方法不能是被 final 修饰的，它与 abstract 不能被共存
如果子类继承了抽象类，但不需要重写父类的抽象方法，则可以将子类用 abstract 修饰，如
abstract class Shape{
public abstract void draw();
}
abstract Color extends Shape{
}
此时该子类中既可以定义普通方法也可以定义抽象方法
一个抽象类 A 可以被另外的抽象类 B 继承，但是如果有其他的普通类继承了抽象类 B，则该普通类需要重写 A 和 B 中的所有抽象方法
3. 抽象类的意义
我们要知道抽象类的意义就是为了被继承
从注意事项中就知道抽象类本身是不能被实例化的，要想使用它，只能创建子类去继承，就比如
abstract class Shape{
public int a;
public void b(){
// ...
}
public abstract void draw();
}
class Cycle extends Shape{
@Override
public void draw(){
System.out.println("画一个?");
}
}
public class TestDemo{
public static void main(String[] args){
Shape shape=new Cycle();
}
}
要注意子类需要重写父类的所有抽象方法，不然代码就会报错
3. 抽象类的作用
那么抽象类既然不能被实例化，那为什么要用它呢？
使用了抽象类就相当于多了一重编译器的效验
啥意思呢？就比如按照上述画图的代码，实际工作其实是由子类完成的，如果不小心误用了父类，父类不是抽象类的话是不会报错的，因此将父类设计成抽象类，它会在父类被实例化的时候报错，让我们尽早地发现错误
我们上面介绍了抽象类，抽象类中除了抽象方法还可以包含普通的方法和成员。
而接口中也可包含方法和字段，但只能是抽象方法和静态常量。
1. 语法规则
我们可以将上述 Shape 改写成一个 接口，代码如下
interface IShape{
public static void draw();
}
具体的语法规则如下：
接口是使用
interface定义的
接口的命名一般以大写字母
I开头
接口中的方法一定是抽象的、被 public 修饰的方法，因此其中抽象方法可以简化代码为
interface IShape{
void draw();
}
这样写默认是 `public abstract` 的
接口中也可以包含被 public 修饰的静态常量，并且可以省略
public static final，如
interface IShape{
public static final int a=10;
public static int b=10;
public int c=10;
int d=10;
}
接口不能被单独实例化，和抽象类一样需要被子类继承使用，但是接口中使用
implements继承，如
interface IShape{
public static void draw();
}
class Cycle implements IShape{
@Override
public void draw(){
System.out.println("画一个圆预?");
}
}
和 extends 表达含义是”扩展“不同，implements 表达的是”实现“，即表示当前什么都没有，一切需要从头构造
基础接口的类需要重写接口中的全部抽象方法
一个类可以使用 implements 实现多个接口，每个接口之间使用逗号分隔开就可以，如
interface A{
void func1();
}
interface B{
void func2();
}
class C implements A,B{
@Override
public void func1(){
}
@Override
public void func2{
}
}
注意这个类要重写所有继承的接口的所有抽象方法，在 IDEA 中使用 `ctrl + i` ，快速实现接口
接口和接口之间的关系可以使用 extends 来维护，这是意味着”扩展“，即某个接口扩展了其他接口的功能，如
interface A{
void func1();
}
interface B{
void func2();
}
interface D implements A,B{
@Override
public void func1(){
}
@Override
public void func2{
}
void func3();
}
注意：
在 JDK1.8 开始，接口当中的方法可以是普通方法，但前提是：这个方法是由 default 修饰的（即是这个接口的默认方法），如
interface IShape{
void draw();
default public void func(){
System.out.println("默认方法");
}
}
2. 实现多个接口
我们之前介绍过，Java 中的继承是单继承，即一个类只能继承一个父类
但是可以同时实现多个接口，故我们可以通过多接口去达到多继承类似的效果
接下来通过代码来理解吧！
class Animal{
public String name;
public Animal(String name){
this.name=name;
}
}
class Bird extends Animal{
public Bird(String name){
super(name);
}
}
此时子类 Bird 继承了父类 Animal，但是不能再继承其他类了，但是还可以继续实现其他的接口，如
class Animal{
public String name;
public Animal(String name){
this.name=name;
}
}
interface ISwing{
void swing();
}
interface IFly{
void fly();
}
class Bird extends Animal implements ISwing,IFly{
public Bird(String name){
super(name);
}
@Override
public void swing(){
System.out.println(this.name+"在游");
}
@Override
public void fly(){
System.out.println(this.name+"在飞");
}
}
上述代码就相当于实现了多继承，因此接口的出现很好的解决了 Java 单继承的问题
并且我们可以感受到，接口表达的好像是具有了某种属性，因此有了接口以后，类的使用者就不必关注具体的类型了，而只要关注该类是否具备某个能力，比如
public class TestDemo {
public static void fly(IFly flying){
flying.fly();
}
public static void main(String[] args) {
IFly iFly=new Bird("飞鸟");
fly(iFly);
}
}
因为飞鸟本身具有飞的属性，所以我们不必关注具体的类型，因为只要会飞的都可以实现飞的属性，如超人也会飞，就可以定义一个超人的类
class SuperMan implements IFly{
@Override
public void fly(){
System.out.println("超人在飞");
}
}
public class TestDemo {
public static void fly(IFly flying){
flying.fly();
}
public static void main(String[] args) {
fly(new SuperMan());
}
}
注意：
子类先继承父类再实现接口
3. 接口的继承
语法规则里面就介绍了，接口和接口之间可以使用 extends 来维护，可以使某个接口扩展其他接口的功能
这里就不再重述了
下面我们再学习一些接口，来加深对于接口的理解
4. Comparable 接口
我们之前介绍过 Arrays 类中的 sort 方法，它可以帮我们进行排序，比如
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
int[] array={2,9,4,1,7};
System.out.println("排序前："+Arrays.toString(array));
Arrays.sort(array);
System.out.println("排序后："+Arrays.toString(array));
}
}
而接下来我想要对一个学生的属性进行排序。
首先我实现一个 Student 类，并对 toString 方法进行了重写
class Student{
private String name;
private int age;
private double score;
public Student(String name, int age, double score) {
this.name = name;
this.age = age;
this.score = score;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"name='" + name + ''' +
", age=" + age +
", score=" + score +
'}';
}
}
接下来我写了一个数组，并赋予了学生数组一些属性
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Student[] student=new Student[3];
student[0]=new Student("张三",18,96.5);
student[0]=new Student("李四",19,99.5);
student[0]=new Student("王五",17,92.0);
}
}
那么我们可以直接通过 sort 函数进行排序吗？我们先写如下代码
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Student[] student=new Student[3];
student[0]=new Student("张三",18,96.5);
student[1]=new Student("李四",19,99.5);
student[2]=new Student("王五",17,92.0);
System.out.println("排序前："+student);
Arrays.sort(student);
System.out.println("排序后："+student);
}
}
最终结果却是
我们来分析一下
ClassCastException：类型转换异常，说 Student 不能被转换为java.lang.Comparable
这是什么意思呢？我们思考由于 Student 是我们自定义的类型，里面包含了多个类型，那么 sort 方法怎么对它进行排序呢？好像没有一个依据。
此时我通过报错找到了
Comparable
可以知道这个应该是一个接口，那我们就可以尝试将我们的 Student 类继承这个接口，其中后面的 < T > 其实是泛型的意思，这里改成 < Student > 就行
class Student implements Comparable<Student>{
public String name;
public int age;
public double score;
public Student(String name, int age, double score) {
this.name = name;
this.age = age;
this.score = score;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", score=" + score +
'}';
}
}
但此时还不行，因为继承需要重写接口的抽象方法，所以经过查找，我们找到了
增加的重写方法就是
@Override
public int compareTo(Student o) {
// 新的比较的规则
}
这里应该就是比较规则的设定地方了，我们再看看 sort 方法中的交换
也就是说如果此时的左值大于右值，则进行交换
那么如果我想对学生的年龄进行排序，重写后的方法应该就是
@Override
public int compareTo(Student o) {
// 新的比较的规则
return this.age-o.age;
}
此时再运行代码，结果就是
而到这里我们可以更深刻的感受到，接口其实就是某种属性或者能力，而上述 Student 这个类继承了这个比较的接口，就拥有了比较的能力
缺点：
当我们比较上述代码的姓名时，就要将重写的方法改为
@Override
public int compareTo(Student o) {
// 新的比较的规则
return this.name.compareTo(o.name);
}
当我们比较上述代码的分数时，就要将重写的方法改为
@Override
public int compareTo(Student o) {
// 新的比较的规则
return int(this.score-o.score);
}
我们发现当我们要修改比较的东西时，就可能要重新修改重写的方法。这个局限性就比较大
为了解决这个缺陷，就出现了下面的接口 Comparator
4. Comparator 接口
我们进入 sort 方法的定义中还可以看到一个比较方法，其中有两个参数数组与 Comparator 的对象
这里就用到了 Comparator 接口
这个接口啥嘞？我们可以先定义一个年龄比较类 AgeComparator，就是专门用来比较年龄，并让他继承这个类
class AgeCompartor implements Comparator<Student>{
}
再通过按住 ctrl 并点击它，我们可以跳转到它的定义，此时我们可以发现它里面有一个方法是
这个与上述 Comparable 中的 compareTo 不同，那我先对它进行重写
class AgeCompartor implements Comparator<Student>{
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
return o1.age-o2.age;
}
}
我们再按照 sort 方法的描述，写如下代码
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Student[] student=new Student[3];
student[0]=new Student("张三",18,96.5);
student[1]=new Student("李四",19,99.5);
student[2]=new Student("王五",17,92.0);
System.out.println("排序前："+Arrays.toString(student));
AgeComparator ageComparator=new AgeComparator();
Arrays.sort(student,ageComparator);
System.out.println("排序后："+Arrays.toString(student));
}
}
这样就可以正常的对学生的年龄进行比较了，而此时我们要再对姓名进行排序，我们就可以创建一个姓名比较类 NameComparator
class NameComparator implements Comparator<Student>{
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
return o1.name.compareTo(o2.name);
}
}
而我们也只需要将 sort 方法的参数 ageComparator 改成 nameComparator 就可以了
我们可以将上述 AgeComparator 和 NameComparator 理解成比较器 ，而使用 Comparator 这个接口比 Comparable 的局限性小很多，我们如果要对某个属性进行比较只要增加它的比较器即可
5. Cloneable 接口和深拷贝
首先我们可以看这样的代码
class Person{
public String name ="LiXiaobo";
@Override
public String toString() {
return "Person{" +
"name='" + name + ''' +
'}';
}
}
public class TestDemo {
public static void main(String[] args) {
Person person=new Person();
}
}
那什么是克隆呢？应该就是搞一个副本出来，比如
那么既然这次讲 Cloneable 接口，我就对其进行继承呗！
class Person implements Cloneable{
public String name ="LiXiaobo";
@Override
public String toString() {
return "Person{" +
"name='" + name + ''' +
'}';
}
}
还未添加个人签名 2021.11.08 加入
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