详解Java多态对象的类型转换与动态绑定
Java多态对象的类型转换
这里所说的对象类型转换，是指存在继承关系的对象，不是任意类型的对象。当对不存在继承关系的对象进行强制类型转换时，java运行时将抛出java.lang.ClassCastException异常。
在继承链中，我们将子类向父类转换称为“向上转型”，将父类向子类转换称为“向下转型”。
很多时候，我们会将变量定义为父类的类型，却引用子类的对象，这个过程就是向上转型。程序运行时通过动态绑定来实现对子类方法的调用，也就是多态性。
然而有些时候为了完成某些父类没有的功能，我们需要将向上转型后的子类对象再转成子类，调用子类的方法，这就是向下转型。
注意：不能直接将父类的对象强制转换为子类类型，只能将向上转型后的子类对象再次转换为子类类型。也就是说，子类对象必须向上转型后，才能再向下转型。请看下面的代码：
publicclassDemo{
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
SuperClasssuperObj=newSuperClass();
SonClasssonObj=newSonClass();
//下面的代码运行时会抛出异常，不能将父类对象直接转换为子类类型
//SonClasssonObj2=(SonClass)superObj;
//先向上转型，再向下转型
superObj=sonObj;
SonClasssonObj1=(SonClass)superObj;
}
}
classSuperClass{}
classSonClassextendsSuperClass{}
将第7行的注释去掉，运行时会抛出异常，但是编译可以通过。
因为向下转型存在风险，所以在接收到父类的一个引用时，请务必使用instanceof运算符来判断该对象是否是你所要的子类，请看下面的代码：
publicclassDemo{
publicstaticvoidmain(Stringargs[]){
SuperClasssuperObj=newSuperClass();
SonClasssonObj=newSonClass();
//superObj不是SonClass类的实例
if(superObjinstanceofSonClass){
SonClasssonObj1=(SonClass)superObj;
}else{
System.out.println("①不能转换");
}
superObj=sonObj;
//superObj是SonClass类的实例
if(superObjinstanceofSonClass){
SonClasssonObj2=(SonClass)superObj;
}else{
System.out.println("②不能转换");
}
}
}
classSuperClass{}
classSonClassextendsSuperClass{}
运行结果：
①不能转换
总结：对象的类型转换在程序运行时检查，向上转型会自动进行，向下转型的对象必须是当前引用类型的子类。
Java多态和动态绑定
在Java中，父类的变量可以引用父类的实例，也可以引用子类的实例。
请读者先看一段代码：
publicclassDemo{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Animalobj=newAnimal();
obj.cry();
obj=newCat();
obj.cry();
obj=newDog();
obj.cry();
}
}
classAnimal{
//动物的叫声
publicvoidcry(){
System.out.println("不知道怎么叫");
}
}
classCatextendsAnimal{
//猫的叫声
publicvoidcry(){
System.out.println("喵喵~");
}
}
classDogextendsAnimal{
//狗的叫声
publicvoidcry(){
System.out.println("汪汪~");
}
}
运行结果：
不知道怎么叫 喵喵~ 汪汪~
上面的代码，定义了三个类，分别是Animal、Cat和Dog，Cat和Dog类都继承自Animal类。obj变量的类型为Animal，它既可以指向Animal类的实例，也可以指向Cat和Dog类的实例，这是正确的。也就是说，父类的变量可以引用父类的实例，也可以引用子类的实例。注意反过来是错误的，因为所有的猫都是动物，但不是所有的动物都是猫。
可以看出，obj既可以是人类，也可以是猫、狗，它有不同的表现形式，这就被称为多态。多态是指一个事物有不同的表现形式或形态。
再比如“人类”，也有很多不同的表达或实现，TA可以是司机、教师、医生等，你憎恨自己的时候会说“下辈子重新做人”，那么你下辈子成为司机、教师、医生都可以，我们就说“人类”具备了多态性。
多态存在的三个必要条件：要有继承、要有重写、父类变量引用子类对象。
当使用多态方式调用方法时：
首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误；如果有，则检查子类是否覆盖了该方法。
如果子类覆盖了该方法，就调用子类的方法，否则调用父类方法。
从上面的例子可以看出，多态的一个好处是：当子类比较多时，也不需要定义多个变量，可以只定义一个父类类型的变量来引用不同子类的实例。请再看下面的一个例子：
publicclassDemo{
publicstaticvoidmain(String[]args){
//借助多态，主人可以给很多动物喂食
Masterma=newMaster();
ma.feed(newAnimal(),newFood());
ma.feed(newCat(),newFish());
ma.feed(newDog(),newBone());
}
}
//Animal类及其子类
classAnimal{
publicvoideat(Foodf){
System.out.println("我是一个小动物，正在吃"+f.getFood());
}
}
classCatextendsAnimal{
publicvoideat(Foodf){
System.out.println("我是一只小猫咪，正在吃"+f.getFood());
}
}
classDogextendsAnimal{
publicvoideat(Foodf){
System.out.println("我是一只狗狗，正在吃"+f.getFood());
}
}
//Food及其子类
classFood{
publicStringgetFood(){
return"事物";
}
}
classFishextendsFood{
publicStringgetFood(){
return"鱼";
}
}
classBoneextendsFood{
publicStringgetFood(){
return"骨头";
}
}
//Master类
classMaster{
publicvoidfeed(Animalan,Foodf){
an.eat(f);
}
}
运行结果：
我是一个小动物，正在吃事物 我是一只小猫咪，正在吃鱼 我是一只狗狗，正在吃骨头
Master类的feed方法有两个参数，分别是Animal类型和Food类型，因为是父类，所以可以将子类的实例传递给它，这样Master类就不需要多个方法来给不同的动物喂食。
动态绑定
为了理解多态的本质，下面讲一下Java调用方法的详细流程。
1)编译器查看对象的声明类型和方法名。
假设调用obj.func(param)，obj为Cat类的对象。需要注意的是，有可能存在多个名字为func但参数签名不一样的方法。例如，可能存在方法func(int)和func(String)。编译器将会一一列举所有Cat类中名为func的方法和其父类Animal中访问属性为public且名为func的方法。
这样，编译器就获得了所有可能被调用的候选方法列表。
2)接下来，编泽器将检查调用方法时提供的参数签名。
如果在所有名为func的方法中存在一个与提供的参数签名完全匹配的方法，那么就选择这个方法。这个过程被称为重载解析(overloadingresolution)。例如，如果调用func("hello")，编译器会选择func(String)，而不是func(int)。由于自动类型转换的存在，例如int可以转换为double，如果没有找到与调用方法参数签名相同的方法，就进行类型转换后再继续查找，如果最终没有匹配的类型或者有多个方法与之匹配，那么编译错误。
这样，编译器就获得了需要调用的方法名字和参数签名。
3)如果方法的修饰符是private、static、final（static和final将在后续讲解），或者是构造方法，那么编译器将可以准确地知道应该调用哪个方法，我们将这种调用方式称为静态绑定(staticbinding)。
与此对应的是，调用的方法依赖于对象的实际类型，并在运行时实现动态绑。例如调用func("hello")，编泽器将采用动态绑定的方式生成一条调用func(String)的指令。
4)当程序运行，并且釆用动态绑定调用方法时，JVM一定会调用与obj所引用对象的实际类型最合适的那个类的方法。我们已经假设obj的实际类型是Cat，它是Animal的子类，如果Cat中定义了func(String)，就调用它，否则将在Animal类及其父类中寻找。
每次调用方法都要进行搜索，时间开销相当大，因此，JVM预先为每个类创建了一个方法表(methodlable)，其中列出了所有方法的名称、参数签名和所属的类。这样一来，在真正调用方法的时候，虚拟机仅查找这个表就行了。在上面的例子中，JVM搜索Cat类的方法表，以便寻找与调用func("hello")相匹配的方法。这个方法既有可能是Cat.func(String)，也有可能是Animal.func(String)。注意，如果调用super.func("hello")，编译器将对父类的方法表迸行搜索。
假设Animal类包含cry()、getName()、getAge()三个方法，那么它的方法表如下：
cry()->Animal.cry()
getName()->Animal.getName()
getAge()->Animal.getAge()
实际上，Animal也有默认的父类Object（后续会讲解），会继承Object的方法，所以上面列举的方法并不完整。
假设Cat类覆盖了Animal类中的cry()方法，并且新增了一个方法climbTree()，那么它的参数列表为：
cry()->Cat.cry()
getName()->Animal.getName()
getAge()->Animal.getAge()
climbTree()->Cat.climbTree()
在运行的时候，调用obj.cry()方法的过程如下：
JVM首先访问obj的实际类型的方法表，可能是Animal类的方法表，也可能是Cat类及其子类的方法表。
JVM在方法表中搜索与cry()匹配的方法，找到后，就知道它属于哪个类了。
JVM调用该方法。