6.Java多態和動態綁定

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在Java中，父類的變數可以引用父類的執行個體，也可以引用子類的執行個體。

請大家先看一段代碼：

1. public class Demo {
2. public static void main(String[] args) {
3. People obj = new People(); // 引用父類執行個體
4. obj.say();
6. obj = new Teacher(); // 引用子類執行個體
7. obj.say();
8. }
9. }
11. class People{
12. void say(){
13. System.out.println("大家好，我是良民");
14. }
15. }
17. class Teacher extends People{
18. void say(){
19. System.out.println("大家好，我是一名老師");
20. }
21. }

運行結果：
大家好，我是良民
大家好，我是一名老師

上面的代碼，定義了兩個類，分別是 People 和 Teacher，Teacher 類繼承自 People 類。obj 變數的類型為 People，它既可以指向 People 類的執行個體，也可以指向 Teacher 類的執行個體，這是正確的。也就是說，父類的變數可以引用父類的執行個體，也可以引用子類的執行個體。注意反過來是錯誤的，因為所有的教師都是人類，但不是所有的人都是教師。

可以看出，obj 既可以是人類，也可以是教師，它有不同的表現形式，這就被稱為多態。多態是指一個事物有不同的表現形式或形態。

再比如“寵物”，也有很多不同的表達或實現，它可以是小貓、小狗、蜥蜴等，我們到寵物店說“請給我一隻寵物”，服務員給我們小貓、小狗或者蜥蜴都可以，我們就說“寵物”具備了多態性。

多態存在的三個必要條件：要有繼承、要有重寫、父類變數引用子類對象。

當使用多態方式調用方法時：

• 首先檢查父類中是否有該方法，如果沒有，則編譯錯誤；如果有，則檢查子類是否覆蓋了該方法。
• 如果子類覆蓋了該方法，就調用子類的方法，否則調用父類方法。

動態綁定

為了理解多態的本質，下面講一下Java調用方法的詳細流程。

1) 編譯器查看對象的宣告類型和方法名。

假設調用 obj.func(param)，obj 為 Teacher 類的對象。需要注意的是，有可能存在多個名字為func但參數簽名不一樣的方法。例如，可能存在方法 func(int) 和 func(String)。編譯器將會一一列舉所有 Teacher 類中名為func的方法和其父類 People 中訪問屬性為 public 且名為func的方法。

這樣，編譯器就獲得了所有可能被調用的候選方法列表。

2) 接下來，編澤器將檢查調用方法時提供的參數簽名。

如果在所有名為func的方法中存在一個與提供的參數簽名完全符合的方法，那麼就選擇這個方法。這個過程被稱為重載解析(overloading resolution)。例如，如果調用 func("hello")，編譯器會選擇 func(String)，而不是 func(int)。由於自動類型轉換的存在，例如 int 可以轉換為 double，如果沒有找到與調用方法參數簽名相同的方法，就進行類型轉換後再繼續尋找，如果最終沒有匹配的類型或者有多個方法與之匹配，那麼編譯錯誤。

這樣，編譯器就獲得了需要調用的方法名字和參數簽名。

3) 如果方法的修飾符是private、static、final（static和final將在後續講解），或者是構造方法，那麼編譯器將可以準確地知道應該調用哪個方法，我們將這種調用方式 稱為靜態繫結(static binding)。

與此對應的是，調用的方法依賴於對象的實際類型， 並在運行時實現動態綁。例如調用 func("hello")，編澤器將採用動態綁定的方式產生一條調用 func(String) 的指令。

4)當程式運行，並且釆用動態綁定調用方法時，JVM一定會調用與 obj 所引用對象的實際類型最合適的那個類的方法。我們已經假設 obj 的實際類型是 Teacher，它是 People 的子類，如果 Teacher 中定義了 func(String)，就調用它，否則將在 People 類及其父類中尋找。

每次調用方法都要進行搜尋，時間開銷相當大，因此，JVM預先為每個類建立了一個方法表(method lable)，其中列出了所有方法的名稱、參數簽名和所屬的類。這樣一來，在真正調用方法的時候，虛擬機器僅尋找這個表就行了。在上面的例子中，JVM 搜尋 Teacher 類的方法表，以便尋找與調用 func("hello") 相匹配的方法。這個方法既有可能是 Teacher.func(String)，也有可能是 People.func(String)。注意，如果調用super.func("hello")，編譯器將對父類的方法表迸行搜尋。

假設 People 類包含 say(String)、getName()、getAge() 三個，那麼它的方法表如下：
say(String) -> People.say(String)
getName() -> People.getName()
getAge() -> People.getAge()

實際上，People 也有預設的父類 Object（後續會講解），會繼承 Object 的方法，所以上面列舉的方法並不完整。

假設 Teacher 類覆蓋了 People 類中的 getName() 方法，並且新增了一個方法 raiseSalary(double)，那麼它的參數列表為：
say(String) -> People.say(String)
getName() -> Teacher.getName()
getAge() -> People.getAge()
raiseSalary(double) -> Teacher.raiseSalary(double)

在啟動並執行時候，調用 obj.getName() 方法的過程如下：

• JVM 首先訪問 obj 的實際類型的方法表，可能是 People 類的方法表，也可能是 Teacher 類及其子類的方法表。
• JVM 在方法表中搜尋與 getName() 匹配的方法，找到後，就知道它屬於哪個類了。
• JVM 調用該方法。

6.Java多態和動態綁定