Java中的多态和动态绑定
2016-05-31 18:26
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1 定义
Example
动态绑定的内部机制
多态:一个对象变量可以指示多种实例类型的现象。
动态绑定:在运行时刻能够自动选择调用哪个方法的现象。
签名:方法名和参数列表构成一个签名
多态和动态绑定大多与继承有关,因为有了继承的出现,才有了父类与子类,然后就是随之而来的方法重写(override),即子类重写父类的方法。另一个出现的就是子类对象的引用转换为父类对象的引用(此处不需要进行强制转换)。比如:
上述代码中的父类变量father1引用的是子类的对象。也就是说,father1余son1引用的都是同一个对象,这个对象就是Son类的对象。但对于变量father1来说,编译器会把其当做Father类的变量,但是JVM当中,把确认其真实的实例类型(Son类)。
子类转为父类可以,但是反过来不行,比如:
此处是把父类创建的一个对象(father3)的引用赋给子类变量(son3),在继承当中,这是不被允许的。试想:若此赋值语句成功,那么son3引用的对象其实是father3,但是son3其本身又被声明为Son类,此时在Son类中若有一个额外的新方法(eg: MethodOfSon(){…}),那么son3就可以调用该方法,但是其引用的对象是没有这个方法的,会造成混乱,所以此赋值方式不合适。
在类的继承之外,还有同一个类内部的方法重载(overloading),同一个方法名,因参数类型和参数个数不同,构成不同的签名。另外,签名不包含返回类型。
Manager.java
ManagerTest.java
其结果如下:
name=Carl Cracker,salary=85000.0
name=Harry Hacker,salary=50000.0
name=Tommy Tester,salary=40000.0
说明类Manager继承类Employee,在Manager内部重写了getSalary()方法,并新添加了setBonus()方法。
在main()函数中,Employee类型的数组staff包含了3个元素,第一个元素staff[0]包含的Manager类对象的引用,其与boss引用同一个Manager对象。staff[1]和staff[2]包含的是Employee类变量,分别指向不同的Employee类对象。
从结果看出,staff[0]的getSalary()方法,调用的Manager里面的方法,而staff[1]和staff[2]都是调用的Employee类中的getSalary()方法。staff[0]虽然声明的是一个Employee变量,但是其引用的对象却是Manager类对象,所以会首先在Manager类中查找是否有完全匹配的getSalary()方法(有可能存在重载的情况),然后再在父类中查找是否有完整的getSalary()方法。
还一个需要注意的地方:编译器会认为staff[0]是一个Employee对象,所以对于以下的调用方式,程序会出错:
同样,如果有如下的赋值,也是错误的:
因为从编译器的角度来看,这两个是不同的类型,所以需要进行强制类型转换:
这种方式,看似这样很合理,因为staff[0]引用的是Manager对象,让manager1变量也应用这个对象,这样赋值好像也没什么不对,但是同样编译器报错。因为编译器认为staff[0]是属于Employee类型的,而Manager类是Employee类的子类,两者是不同的类型,不能直接赋值,必须要强制类型转换。
按照这个逻辑,以下的赋值语句,编译器也是通过的:
虽然编译器是通过的,但是在程序运行时,也会报错“ClassCastException”。原因在于staff[1]引用的对象是Employee类型的,也就是说,该Employee对象也能调用子类Manager当中的新方法setBonus(x),这是错误的。所以,Java当中,把父类对象强制转换为子类对象是不被允许的,反过来可以。
其实,上面的一段话,是从底层的角度对多个对象的逻辑关系进行的分析,实际上,Java虚拟机已经帮我们做了安全检查。只需要使用instanceof运算符,就可以确保赋值安全。
所以,在将超类对象转为子类对象时,一定要进行instanceof检查。
在上面的例子中,staff[0]就是一个多态的例子,有继承,就有多态。和多态分不开的一个就是动态绑定。动态绑定和是静态绑定相对应的,一个是在编译的时候就知道用什么方法,还一个就是在运行时刻才知道调用哪个方法。
有private,static,final修饰的方法,或者构造函数,都是静态绑定。
方法表:除了private、static、final修饰的方法外,其他的能够参与动态绑定的实例方法。
对于动态绑定来说,每次在类中找对应的方法总是低效的,时间开销大,所以需要为每个类生成一个方法表,这样可以直接在类的方法表中寻找。
过程如下:
首先编译器确定对象的声明类型和方法名。然后找当前类中方法名字匹配的所有方法(由于重载,可能存在多个),然后在其父类中也找类似的属性为public的方法;
编译器查看调用方法的参数类型,先在本类中找,然后在超类中找,这一过程称为重载解析(overloading resolution)。若没找到,或在同一个类中找到多个,均报错。
若为private、static或者final修饰的方法,为静态绑定,可直接知道调用的是哪个方法,此情况下就省去了剩下的步骤;
在程序运行时,JVM会根据对象的实际类型从方法表中调用最合适的方法。
note:
动态绑定只针对类的方法,对数据域无效,因为根据类的封装特性,数据域都是私有的,即使是子类,也无法访问。
方法表存储在JVM中的方法区。
参考:
http://blog.csdn.net/sureyonder/article/details/5569617
http://www.cnblogs.com/ericdream/archive/2012/01/07/2315697.html
—— 2016.5.31
Example
动态绑定的内部机制
1. 定义
根据Core Java:多态:一个对象变量可以指示多种实例类型的现象。
动态绑定:在运行时刻能够自动选择调用哪个方法的现象。
签名:方法名和参数列表构成一个签名
多态和动态绑定大多与继承有关,因为有了继承的出现,才有了父类与子类,然后就是随之而来的方法重写(override),即子类重写父类的方法。另一个出现的就是子类对象的引用转换为父类对象的引用(此处不需要进行强制转换)。比如:
public class Son extends Father { ... public static void main(String []args) { // 第一种写法 Son son1 = new Son(); Father father1 = son1; // 第二种写法,两种写法类似 Father father2 = new Son(); // 直接把创建的子类对象的引用赋值给父类变量 } }
上述代码中的父类变量father1引用的是子类的对象。也就是说,father1余son1引用的都是同一个对象,这个对象就是Son类的对象。但对于变量father1来说,编译器会把其当做Father类的变量,但是JVM当中,把确认其真实的实例类型(Son类)。
子类转为父类可以,但是反过来不行,比如:
Father father3 = new Father(); Son son3 = father3;
此处是把父类创建的一个对象(father3)的引用赋给子类变量(son3),在继承当中,这是不被允许的。试想:若此赋值语句成功,那么son3引用的对象其实是father3,但是son3其本身又被声明为Son类,此时在Son类中若有一个额外的新方法(eg: MethodOfSon(){…}),那么son3就可以调用该方法,但是其引用的对象是没有这个方法的,会造成混乱,所以此赋值方式不合适。
在类的继承之外,还有同一个类内部的方法重载(overloading),同一个方法名,因参数类型和参数个数不同,构成不同的签名。另外,签名不包含返回类型。
2. Example
Employee.javapublic class Employee { private String name; private double salary; private Date hireDay; public Employee(String n, double s, int year, int month, int day) { name = n; salary = s; GregorianCalendar calendar = new GregorianCalendar(year, month - 1, day); hireDay = calendar.getTime(); } public String getName() { return name; } public double getSalary() { return salary; } public Date getHireDay() { return hireDay; } public void raiseSalary(double byPercent) { double raise = salary * byPercent / 100; salary += raise; } }
Manager.java
public class Manager extends Employee { private double bonus; /** * @param n the employee's name * @param s the salary * @param year the hire year * @param month the hire month * @param day the hire day */ public Manager(String n, double s, int year, int month, int day) { super(n, s, year, month, day); bonus = 0; } public double getSalary() { double baseSalary = super.getSalary(); return baseSalary + bonus; } public void setBonus(double b) { bonus = b; } }
ManagerTest.java
public class ManagerTest { public static void main(String[] args) { // construct a Manager object Manager boss = new Manager("Carl Cracker", 80000, 1987, 12, 15); boss.setBonus(5000); Employee[] staff = new Employee[3]; // fill the staff array with Manager and Employee objects staff[0] = boss; staff[1] = new Employee("Harry Hacker", 50000, 1989, 10, 1); staff[2] = new Employee("Tommy Tester", 40000, 1990, 3, 15); // print out information about all Employee objects for (Employee e : staff) System.out.println("name=" + e.getName() + ",salary=" + e.getSalary()); } }
其结果如下:
name=Carl Cracker,salary=85000.0
name=Harry Hacker,salary=50000.0
name=Tommy Tester,salary=40000.0
说明类Manager继承类Employee,在Manager内部重写了getSalary()方法,并新添加了setBonus()方法。
在main()函数中,Employee类型的数组staff包含了3个元素,第一个元素staff[0]包含的Manager类对象的引用,其与boss引用同一个Manager对象。staff[1]和staff[2]包含的是Employee类变量,分别指向不同的Employee类对象。
从结果看出,staff[0]的getSalary()方法,调用的Manager里面的方法,而staff[1]和staff[2]都是调用的Employee类中的getSalary()方法。staff[0]虽然声明的是一个Employee变量,但是其引用的对象却是Manager类对象,所以会首先在Manager类中查找是否有完全匹配的getSalary()方法(有可能存在重载的情况),然后再在父类中查找是否有完整的getSalary()方法。
还一个需要注意的地方:编译器会认为staff[0]是一个Employee对象,所以对于以下的调用方式,程序会出错:
staff[0].setBonus(100);
同样,如果有如下的赋值,也是错误的:
Manager manager1 = staff[0];
因为从编译器的角度来看,这两个是不同的类型,所以需要进行强制类型转换:
Manager manager1 = (Manager) staff[0];
这种方式,看似这样很合理,因为staff[0]引用的是Manager对象,让manager1变量也应用这个对象,这样赋值好像也没什么不对,但是同样编译器报错。因为编译器认为staff[0]是属于Employee类型的,而Manager类是Employee类的子类,两者是不同的类型,不能直接赋值,必须要强制类型转换。
按照这个逻辑,以下的赋值语句,编译器也是通过的:
Manager manager2 = (Manager) staff[1];
虽然编译器是通过的,但是在程序运行时,也会报错“ClassCastException”。原因在于staff[1]引用的对象是Employee类型的,也就是说,该Employee对象也能调用子类Manager当中的新方法setBonus(x),这是错误的。所以,Java当中,把父类对象强制转换为子类对象是不被允许的,反过来可以。
其实,上面的一段话,是从底层的角度对多个对象的逻辑关系进行的分析,实际上,Java虚拟机已经帮我们做了安全检查。只需要使用instanceof运算符,就可以确保赋值安全。
Manager manager2; if(staff[1] instanceof Manager) { manager2 = staff[1]; }
所以,在将超类对象转为子类对象时,一定要进行instanceof检查。
在上面的例子中,staff[0]就是一个多态的例子,有继承,就有多态。和多态分不开的一个就是动态绑定。动态绑定和是静态绑定相对应的,一个是在编译的时候就知道用什么方法,还一个就是在运行时刻才知道调用哪个方法。
有private,static,final修饰的方法,或者构造函数,都是静态绑定。
3. 动态绑定的内部机制
首先理解方法表的概念:方法表:除了private、static、final修饰的方法外,其他的能够参与动态绑定的实例方法。
对于动态绑定来说,每次在类中找对应的方法总是低效的,时间开销大,所以需要为每个类生成一个方法表,这样可以直接在类的方法表中寻找。
过程如下:
首先编译器确定对象的声明类型和方法名。然后找当前类中方法名字匹配的所有方法(由于重载,可能存在多个),然后在其父类中也找类似的属性为public的方法;
编译器查看调用方法的参数类型,先在本类中找,然后在超类中找,这一过程称为重载解析(overloading resolution)。若没找到,或在同一个类中找到多个,均报错。
若为private、static或者final修饰的方法,为静态绑定,可直接知道调用的是哪个方法,此情况下就省去了剩下的步骤;
在程序运行时,JVM会根据对象的实际类型从方法表中调用最合适的方法。
note:
动态绑定只针对类的方法,对数据域无效,因为根据类的封装特性,数据域都是私有的,即使是子类,也无法访问。
方法表存储在JVM中的方法区。
参考:
http://blog.csdn.net/sureyonder/article/details/5569617
http://www.cnblogs.com/ericdream/archive/2012/01/07/2315697.html
—— 2016.5.31
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