chiyu的个人小窝
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二十六、多态

1 方法重写

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，被称为重写（覆写）（Override）。

例如，在Person类中，我们定义了run()方法：

class Person {
    public void run() {
        System.out.println("一个人在奔跑。");
    }
}

在子类Student中，覆写这个run()方法：

class Student extends Person {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("一个学生在奔跑。");
    }
}

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。

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，且会报错:
    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。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：

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：

import java.util.Arrays;

public class Test5 {
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Student();
        person.run(); // 这里将会输出什么？
    }
}

class Person {
    public void run() {
        System.out.println("一个人在奔跑！");
    }
}

class Student extends Person {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("一个学生在奔跑！");
    }
}

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。

2 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：

Person p = new Student();
p.run();

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：

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。

3 体会多态的强大

让我们思考这样一个场景：在一个游戏中，我们操作的玩家走进了敌人的包围圈，四周埋伏着的敌方弓箭手、剑客等角色直接向玩家发动攻击，直接消灭了玩家。

让我们用 java 程序复现这个游戏场景。

public class AGame {
    public static void main(String[] args) {
        Person player = new Player();
        Person[] enemys = {new Swordsman(), new Archer(), new Archer()};
        for (Person enemy:enemys){
            enemy.attack(player);
        }
    }
}

class Person {
    // 生命值
    protected int hp;
    // 攻击力
    protected int atk;

    public void attack(Person target) {
        target.beDamaged(atk);
    }

    public void beDamaged(int damage) {
        hp -= damage;
        if (hp <= 0){
            died();
        }
    }

    public void died() {
        System.out.println("此角色死亡。");
    }
}

class Player extends Person{
    public Player() {
        hp = 100;
        atk = 10;
    }

    @Override
    public void beDamaged(int damage) {
        hp -= damage;
        System.out.println("玩家：好疼！");
        if (hp <= 0){
            died();
        }
    }

    @Override
    public void died() {
        System.out.println("玩家：啊我死了！");
    }
}

class Archer extends Person{
    public Archer() {
        hp = 100;
        atk = 30;
    }

    @Override
    public void attack(Person target) {
        System.out.println("弓箭手：向玩家射出一箭，造成30点伤害");
        target.beDamaged(atk);
    }
}

class Swordsman extends Person{
    public Swordsman() {
        hp = 100;
        atk = 40;
    }

    @Override
    public void attack(Person target) {
        System.out.println("剑客：劈砍玩家，造成40点伤害");
        target.beDamaged(atk);
    }
}

仔细观察 main() 方法，正因有了多态，我们才能够仅仅使用一个 foreach 循环和一行 enemy.attack(player); ，实现敌人所有类型共同的攻击玩家功能。如果我们没有多态，我们就只能写大量 if...else 判断，为每种敌人设计攻击代码了。

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。

4 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：

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();
    }
}

5 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：

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

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

6 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：

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

class 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：

final class Person {
    protected String name;
}

// compile error: 不允许继承自Person
class 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：

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

对final字段重新赋值会报错：

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

可以在构造方法中初始化final字段：

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。

7 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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