Java多態詳解

什么是多態？

比如我們說：“駕駛一輛車”，有人開的是自行車，有人開的是摩托車，有人開的是汽車。雖然我們都說“開車”，但“怎么開”是由具體的車類型決定的：“開”是統一的動作，具體的行為因車不同而不同。這就是生活中的“多態”現象，同一行為，通過不同的事物，可以體現出來的不同的形態。多態描述的就是這樣的狀態。

多態分為編譯時多態和運行時多態。方法重載（overload）實現的是編譯時多態（靜態多態），而方法重寫（override）實現的是運行時多態（動態多態）。

面向對象編程的三大核心特性：封裝、繼承、多態（這里指的是運行時多態），多態允許同一操作作用于不同對象時產生不同行為。Java中多態的實現依賴于繼承、方法重寫和向上轉型，是代碼靈活性和擴展性的關鍵機制。

多態的核心實現機制

• 父類引用指向子類對象（向上轉型）：用父類類型的變量引用子類對象。
• 方法重寫：子類對父類中的方法進行重新定義，保持方法簽名相同。
• 動態綁定：JVM根據對象的實際類型（而非引用類型）決定調用哪個方法。

class Animal {void sound() { System.out.println("動物叫聲"); }
}class Dog extends Animal {@Overridevoid sound() { System.out.println("汪汪"); }
}class Cat extends Animal {@Overridevoid sound() { System.out.println("喵喵"); }
}public class Test {public static void main(String[] args) {Animal a1 = new Dog(); // 向上轉型Animal a2 = new Cat();a1.sound(); // 輸出"汪汪"a2.sound(); // 輸出"喵喵"}
}

我們之所以能在運行時調用子類方法，是因為 Java 支持動態綁定。

什么是綁定？

綁定指的是一個方法的調用與**方法所在的類(方法主體)**關聯起來。對java來說，綁定分為靜態綁定（早綁定、編譯時綁定）與動態綁定（晚綁定、運行時綁定）。

靜態綁定

• 定義：在編譯階段確定方法調用與具體實現的對應關系。
• 綁定依據：變量聲明類型（編譯時類型）。
• 典型場景：方法重載、private / static / final 方法調用。

動態綁定

• 定義：在程序運行期間確定方法調用與具體實現的對應關系。
• 綁定依據：對象實際類型（運行時類型）。
• 典型場景：父類引用指向子類對象 + 方法重寫。

多態的使用場景

方法參數多態性

將父類類型作為方法參數，可以接受任意子類對象：

void makeSound(Animal animal) {animal.sound();
}// 調用
makeSound(new Dog()); // 輸出"汪汪"
makeSound(new Cat()); // 輸出"喵喵"

集合中的多態

使用接口或父類類型聲明集合，存儲不同子類對象：

List<String> list = new ArrayList<>(); // 多態的應用
Set<Integer> set = new HashSet<>();

多態的注意事項

方法調用的限制

• 通過父類引用只能調用父類中聲明的方法。
• 若需調用子類特有方法，必須向下轉型。

向上轉型與向下轉型

• 向上轉型：子類 → 父類（包括接口實現類 → 接口），自動完成，無需顯式轉換。
• 向下轉型：父類 → 子類（包括接口 → 實現類），需顯式轉換，存在ClassCastException風險（必須先用instanceof檢查）。

靜態方法無多態性

靜態方法屬于類，調用時由引用類型決定，而非實際對象類型：

class Parent {static void method() { System.out.println("Parent"); }
}
class Child extends Parent {static void method() { System.out.println("Child"); }
}Parent p = new Child();
p.method(); // 輸出"Parent"（無多態性）

成員變量的訪問

成員變量無多態性，訪問時由引用類型決定：

class Parent { int value = 10; }
class Child extends Parent { int value = 20; }Parent p = new Child();
System.out.println(p.value); // 輸出10

多態的好處

• 代碼擴展性：新增子類無需修改原有代碼（符合開閉原則）。
• 降低耦合度：調用方法依賴父類接口，而非具體子類。
• 統一化處理對象：通過父類引用統一管理多種子類對象（如集合遍歷）。
• 支持設計模式：如工廠模式、策略模式、模板方法模式等均依賴多態實現。

多態訪問規則總結

口訣：

“成員變量，靜態方法看左邊；非靜態方法：編譯看左邊，運行看右邊。”

原理：成員變量和靜態方法無多態性，非靜態方法：編譯階段檢查父類是否有該方法（確保語法正確），運行階段根據對象實際類型（子類）調用方法（動態綁定）。