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java中实现多态的机制是什么?

发布时间:2016-07-04 18:00:22
多态性是面向对象程序设计代码重用的一个重要机制,我们曾不只一次的提到Java多态性。在Java运行时多态性:继承和接口的实现一文中,我们曾详细介绍了Java实现运行时多态性的动态方法调度;今天我们再次深入Java核心,一起学习Java中多态性的实现。“poly ...

java中实现多态的机制是什么?

多态性是面向对象程序设计代码重用的一个重要机制,我们曾不只一次的提到Java多态性。在Java运行时多态性:继承和接口的实现一文中,我们曾详细介绍了Java实现运行时多态性的动态方法调度;今天我们再次深入Java核心,一起学习Java中多态性的实现。

“polymorphism(多态)”一词来自希腊语,意为“多种形式”。多数Java程序员把多态看作对象的一种能力,使其能调用正确的方法版本。尽管如此,这种面向实现的观点导致了多态的神奇功能,胜于仅仅把多态看成纯粹的概念。

Java中的多态总是子类型的多态。几乎是机械式产生了一些多态的行为,使我们不去考虑其中涉及的类型问题。本文研究了一种面向类型的对象观点,分 析了如何将对象能够 表现的行为和对象即将表现的行为分离开来。抛开Java中的多态都是来自继承的概念,我们仍然可以感到,Java中的接口是一组没有公共代码的对象共享实 现。

多态的分类

多态在面向对象语言中是个很普遍的概念.虽然我们经常把多态混为一谈,但实际上 有四种不同类型的多态。在开始正式的子类型多态的细节讨论前,然我们先来看看普通面向对象中的多态。

Luca Cardelli和Peter Wegner("On Understanding Types, Data Abstraction, and Polymorphism"一文的作者, 文章参考资源链接)把多态分为两大类----特定的和通用的----四小类:强制的,重载的,参数的和包含的。他们的结构如下:

java中实现多态的机制是什么?

在这样一个体系中,多态表现出多种形式的能力。通用多态引用有 相同结构类型的大量对象,他们有着共同的特征。特定的多态涉及的是小部分没有相同特征的对象。四种多态可做以下描述:

◆强制的:一种隐 式做类型转换的方法。

◆重载的:将一个标志符用作多个意义。

◆参数的:为不同类型的参数提供相同的操作。

◆包含的:类包含关系的抽象操作。

我将在讲述子类型多态前简单介绍一下这几种多态。

强制的多态

强制多态隐式的将参数按某种方法,转换成编译器认为正确的类型以避免错误。在以下的表达式中,编译器必须决定二元运算符‘+’所应做的工作:

2.0 + 2.0

2.0 + 2

2.0 + "2"

第一个表达式将两个double的 操作数相加;Java**别声明了这种用法。

第二个表达式将double型和int相加。Java中没有明确定义这种运算。不过,编 译器隐式的将第二个操作数转换为double型,并作double型的加法。做对程序员来说十分方便,否则将会抛出一个编译错误,或者强制程序员显式的将 int转换为double。

第三个表达式将double与一个String相加。Java中同样没有定义这样的操作。所以,编译器将 double转换成String类型,并将他们做串联。

强制多态也会发生在方法调用中。假设类Derived继承了类Base,类C 有一个方法,原型为m(Base),在下面的代码中,编译器隐式的将Derived类的对象derived转化为Base类的对象。这种隐式的转换使 m(Base)方法使用所有能转换成Base类的所有参数。

  1. C c = new C();  
  2.  
  3. Derived derived = new Derived();  
  4.  
  5. c.m( derived );  

并且,隐式的强制转换,可以避免 类型转换的麻烦,减少编译错误。当然,编译器仍然会优先验证符合定义的对象类型。

重载的多态

重载 允许用相同的运算符或方法,去表示截然不同的意义。‘+’在上面的程序中有两个意思:两个double型的数相加;两个串相连。另外还有整型相加,长整 型,等等。这些运算符的重载,依赖于编译器根据上下**出的选择。以往的编译器会把操作数隐式转换为完全符合操作符的类型。虽然Java明确支持重载,但 不支持用户定义的操作符重载。

Java支持用户定义的函数重载。一个类中可以有相同名字的方法,这些方法可以有不同的意义。这些重载 的方法中,必须满足参数数目不同,相同位置上的参数类型不同。这些不同可以帮助编译器区分不同版本的方法。

编译器以这种唯一表示的特 征来表示不同的方法,比用名字表示更为有效。据此,所有的多态行为都能编译通过。

强制和重载的多态都被分类为特定的多态,因为这些多 态都是在特定的意义上的。这些被划入多态的特性给程序员带来了很大的方便。强制多态排除了麻烦的类型和编译错误。重载多态像一块糖,允许程序员用相同的名 字表示不同的方法,很方便。

参数的多态

参数多态允许把许多类型抽象成单一的表示。例如,List 抽象类中,描述了一组具有同样特征的对象,提供了一个通用的模板。你可以通过指定一种类型以重用这个抽象类。这些参数可以是任何用户定义的类型,大量的用 户可以使用这个抽象类,因此参数多态毫无疑问的成为最强大的多态。

乍一看,上面抽象类好像是java.util.List的功能。然 而,Java实际上并不支持真正的安全类型风格的参数多态,这也是java.util.List和java.util的其他集合类是用原始的 java.lang.Object写的原因(参考我的文章"A Primordial Interface?" 以获得更多细节)。Java的单根继承方式解决了部分问题,但没有发挥出参数多态的全部功能。Eric Allen有一篇精彩的文章“Behold the Power of Parametric Polymorphism”,描述了Java通用类型的需求,并建议给Sun的Java规格需求#000014号文档"Add Generic Types to the Java Programming Language."(参考资源链接)

包含的多态

包含多态通过值的类型和集合的包含关系实现了多态的行为.在包括Java在内的众多面向对象语言中,包含关系是子类型的。所以,Java的包含多态是子 类型的多态。

在早期,Java开发者们所提及的多态就特指子类型的多态。通过一种面向类型的观点,我们可以看到子类型多态的强大功 能。以下的文章中我们将仔细探讨这个问题。为简明起见,下文中的多态均指包含多态。

面向类型观点

图1的UML类图给出了类和类型的简单继承关系,以便于解释多 态机制。模型中包含5种类型,4个类和一个接口。虽然UML中称为类图,我把它看成类型图。如"Thanks Type and Gentle Class," 一文中所述,每个类和接口都是一种用户定义的类型。按独立实现的观点(如面向类型的观点),下图中的每个矩形代表一种类型。从实现方法看,四种类型运用了 类的结构,一种运用了接口的结构。

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原标题:java中实现多态的机制是什么?

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