Java基礎12 類型轉換與多態

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我們之前使用類創造新的類型(type)，並使用繼承來便利我們建立類的過程。我將在這一講中深入類型，並介紹多態(polymorphism)的概念。

 

類型檢查

Java的任意變數和引用經過型別宣告(type declaration)，才能使用。我們之前見過對象資料、類資料、方法參數、方法傳回值以及方法內部的自動變數，它們都需要聲明其類型。Java是一種強型別(strongly typing)語言，它會對類型進行檢查。如果我們錯誤的使用類型，將造成錯誤。

 類型不符，賣萌無效

 

比如在下面的Test類中，我們將一個Cup類對象賦予給aPerson類引用:

 

public class Test{    public static void main(String[] args)    {        Human aPerson;            
        aPerson = new Cup();         }}class Human{       /**     * constructor     */    public Human(int h)    {        this.height = h;    }    /**     * accessor     */    public int getHeight()    {       return this.height;    }    /**     * mutator     */    public void growHeight(int h)    {        this.height = this.height + h;    }    private int height;}class Cup {    public void addWater(int w)     {        this.water = this.water + w;    }    public void drinkWater(int w)    {        this.water = this.water - w;    }    private int water = 0;}

 

javac將返回:

found   : Cup
required: Human
                aPerson = new Cup();             
                          ^
1 error

 

基本類型轉換

Java可以對基本類型的變數進行類型轉換。不同的基本類型有不同的長度和儲存範圍。如果我們從一個高精度類型轉換到低精度類型，比如從float轉換到int，那麼我們有可能會損失資訊。這樣的轉換叫做收縮變換(narrowing conversion)。這種情況下，我們需要顯示的宣告類型轉換，比如:

 

public class Test{    public static void main(String[] args)    {        int a;        a = (int) 1.23;  // narrowing conversion        System.out.println(a);    }}

 

 

如果我們從低精度類型轉換成高精度類型，則不存在資訊損失的顧慮。這樣的變換叫做寬鬆變換(widening conversion)。我們不需要顯示的要求類型轉換，Java可以自動進行:

 

public class Test{    public static void main(String[] args)    {         int a = 3;        double b;        b = a;  // widening conversion        System.out.println(a);    }}

 

 

基本類型轉換

 

upcast與多態

在Java中，引用也可以進行類型轉換，但是有限制。

我們可以將一個衍生類引用轉換為其基類引用，這叫做向上轉換(upcast)或者寬鬆轉換。下面的BrokenCup類繼承自Cup類，並覆蓋了Cup類中原有的addWater()和drinkWater()方法:

 

public class Test{    public static void main(String[] args)    {         Cup aCup;
        BrokenCup aBrokenCup = new BrokenCup();
        aCup = aBrokenCup; // upcast        aCup.addWater(10); // method binding    }
}

class Cup {    public void addWater(int w)     {        this.water = this.water + w;    }    public void drinkWater(int w)    {        this.water = this.water - w;    }    private int water = 0;}class BrokenCup extends Cup{    public void addWater(int w)     {        System.out.println("shit, broken cup");    }    public void drinkWater(int w)    {        System.out.println("om...num..., no water inside");    }}

 

程式運行結果:

shit, broken cup

 

在上面可以看到，不需要任何顯示說明，我們將衍生類引用aBrokenCup賦予給它的基類引用aCup。類型轉換將由Java自動進行。

我們隨後調用了aCup(我們聲明它為Cup類型)的addWater()方法。儘管aCup是Cup類型的引用，它實際上調用的是BrokenCup的addWater()方法！也就是說，即使我們經過upcast，將引用的類型寬鬆為其基類，Java依然能正確的識別對象本身的類型，並調用正確的方法。Java可以根據當前狀況，識別對象的真實類型，這叫做多態(polymorphism)。多態是物件導向的一個重要方面。

 

多態是Java的支援的一種機制，同時也是物件導向的一個重要概念。這提出了一個分類學的問題，既子類對象實際上“是”父類對象。比如一隻鳥，也是一個動物；一輛汽車，也必然是一個交通工具。Java告訴我們，一個衍生類對象可以當做一個基類對象使用，而Java會正確的處理這種情況。

比如下面的繼承關係:

 

 

我們可以說用杯子(Cup)喝水(drinkWater)。實際上，喝水這個動作具體含義會在衍生類中發生很大變換。比如用吸管喝水，和從一個破杯子喝水，這兩個動作差別會很大，雖然我們抽象中都講“喝水”。我們當然可以針對每個衍生類分別編程，調用不同的drinkWater方法。然而，作為程式員，我們可以對杯子編程，調用Cup的drinkWater()方法，而無論這個杯子是什麼樣的衍生類杯子。Java會調用相應的正確方法，正如我們在上面程式中看到的。

看一個更加有意義的例子，我們給Human類增加一個drink()方法，這個方法接收一個杯子物件和一個整數作為參數。整數表示喝水的水量:

 

public class Test{    public static void main(String[] args)    {        Human guest = new Human();        BrokenCup hisCup  = new BrokenCup();        guest.drink(hisCup, 10);    }}class Human {    void drink(Cup aCup, int w)    {        aCup.drinkWater(w);    }}

 

程式運行結果:

om...num..., no water inside

 

我們在Human類的drink()的定義中，要求第一個參量為Cup類型的引用。但在實際運用時(Test類)，將Cup的BrokenCup衍生類對象。這實際上是將hisCup向上轉型稱為Cup類，傳遞給drink()方法。在方法中，我們調用了drinkWater()方法。Java發現這個對象實際上是BrokenCup對象，所以實際調用了BrokenCup的相應方法。

 

downcast

我們可以將一個基類引用向下轉型(downcast)成為衍生類的引用，但要求該基類引用所指向的對象，已經是所要downcast的衍生類對象。比如可以將上面的hisCup向上轉型為Cup類引用後，再向下轉型成為BrokenCup類引用。

 

Object類型

Java中，所有的類實際上都有一個共同的繼承祖先，即Object類。Object類提供了一些方法，比如toString()。我們可以在自己的類定義中覆蓋這些方法。

Object: 祖先

 

我們可以編寫一個操作Object對象的程式，就可以通過upcast，將任意對象傳遞給該程式。

我將在以後深入Object類。

 

(多態的實現是依靠RTTI的支援。我將在以後深入。)

 

總結

基本類型轉換

polymorphism

downcast

Object

Java基礎12 類型轉換與多態