理解「多态」 | CodeSculptor

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多态的实现

在 Java 语言中，实现多态机制主要依赖于三个必要条件：继承、重写和向上转型。

继承（Inheritance）：多态性要求必须存在有继承关系的子类和父类。只有存在这样的继承关系，子类才能继承父类的方法，并有机会重写它们。

重写（Overriding）：在继承关系中，子类可以对父类中的某些方法进行重新定义。当调用这些方法时，实际上会调用子类的方法。这是多态性的关键实现方式之一。

向上转型（Upcasting）：在多态中，子类的引用可以赋给父类的对象引用，这个过程称为向上转型。通过向上转型，使得一个引用变量可以调用在多个类中实现的方法。（关于「向上转型」，可参考本站文章《向上转型与向下转型》）

多态分为编译时多态和运行时多态：

编译时多态，也称为静态多态，主要是通过方法重载（Overloading）实现的，它根据参数列表的不同来区分不同的方法。编译后，这些重载的方法会变成不同的函数，这在运行时不涉及多态性。

而运行时多态，也称为动态多态，是通过动态绑定（也称为晚期绑定）实现的。Java中的动态多态性是通过超类（父类）引用变量引用子类对象来实现的。在这种情况下，调用的是哪个类的成员方法由被引用对象的实际类型决定，而不是引用变量的类型。但是，被调用的方法必须是在超类中已定义的，也就是说，必须是被子类重写过的方法。

里式替换原则

里式替换原则（Liskov Substitution Principle, LSP）是面向对象设计的一个重要原则，由巴巴拉·里斯科夫（Barbara Liskov）在1987年提出。它的核心思想是：在软件中，如果一个类是另一个类的子类，那么这个子类的对象应该可以在程序中代替父类的对象，而不会导致程序出现错误或异常行为。假设“你”是“你爸”的子类，在生活中的许多情境中，“你爸”可以出现的地方，“你”也可以出现并完成相同的任务，比如去“姥姥家干活”。但是，按照LSP原则，这种替换应当确保姥姥家的事情依旧能被正确完成，不会因为是“你”去而不是“你爸”去而产生问题。

多态的实现机制就遵循里式替换原则：当「超类对象引用变量」引用「子类对象」时（也就是子类对象向上转型为父类对象），被引用对象的类型（右边）而不是引用变量的类型（左边）决定了调用谁的成员方法，但是这个被调用的方法必须是在超类中定义过的，也就是说被子类重写的方法。

这段话到底该怎么理解？假设我们有一个超类叫做“Animal”（动物），这个类定义了一个方法“makeSound”（发出声音）。然后我们有两个子类：“Dog”（狗）和“Cat”（猫），它们分别覆盖了“makeSound”方法，以产生各自的声音。

现在，写一个函数，它接受一个Animal类型的对象作为参数，并调用其makeSound方法：

当我们传递一个Dog对象或一个Cat对象给perform方法时，虽然perform方法的参数类型是Animal，但是实际执行的是Dog的makeSound方法或Cat的makeSound方法，这就是多态的体现：

在这个例子中，perform方法能够接受不同类型的动物，并调用它们的makeSound方法，而无需知道具体是哪种动物，这样我们就实现了代码的复用、扩展和接口的一致性。

静态方法不支持多态

静态方法属于类，而不是类的实例，这意味着静态方法的调用是基于它被调用时左边的类型，也就是类名，而不是具体的实例类型（右边的类名）。因此，即使一个引用变量被声明为父类类型但引用了一个子类的实例，调用静态方法时，执行的仍然是声明该方法的类中的版本，而不是引用的实际对象的类的版本。这是因为静态方法不是多态的，它们不是根据对象的实际类型在运行时解析的。

假设有两个类，Parent和Child，其中Child继承自Parent。两个类都定义了一个静态方法staticMethod()。

在主程序中，你可以有如下的代码：

尽管childAsParent引用实际上指向一个Child类的实例，但是当我们调用staticMethod()时，输出将会是：

这是因为静态方法的调用只与引用变量的声明类型（左边类名）有关，也就是childAsParent的声明类型Parent，而不是实际指向的对象类型Child。这就解释了为什么静态方法不支持多态：因为不管引用变量的实际类型是什么，调用的都是引用变量声明时的类型对应的静态方法。

编译看左，运行看右

「编译看左，运行看右」就是对Java非静态方法多态性工作原理的一句话总结。经过前文对「多态」的讲解，现在看到「编译看左，运行看右」读者应该已经有比较清楚的认识了。

「编译看左」：指的是在编译时（Compilation），Java编译器主要关注变量的声明类型，即代码中变量左边的类型。这个类型决定了你能调用哪些方法。这是因为在编译时，编译器只能使用这个信息来检查代码的正确性，包括方法的存在性和参数匹配等。

「运行看右」：指的是在运行时（Runtime），Java虚拟机(JVM)关注的是实际对象的类型，即代码中赋值给变量的具体对象类型（变量右边的类型）。如果这个实际对象的类重写了某个方法，那么就是这个重写的方法会被调用。

编译时，「编译看左」，编译器查看obj的声明类型是Parent，所以它会确保instanceMethod()方法在Parent类中存在。

运行时，「运行看右」，虽然obj的声明类型是Parent，但实际指向的对象是Child类的实例，因此调用的是Child类中的instanceMethod()方法，所以输出将会是“这是子类的实例方法”。