Java知多少（30）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。

请大家先看一段代码：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        People obj = new People();  // 引用父类实例
        obj.say();
        obj = new Teacher();  // 引用子类实例
        obj.say();
    }
}
class People{
    void say(){
        System.out.println("大家好，我是良民");
    }
}
class Teacher extends People{
    void say(){
        System.out.println("大家好，我是一名老师");
    }
}

 

运行结果：
大家好，我是良民
大家好，我是一名老师

上面的代码，定义了两个类，分别是 People 和 Teacher，Teacher 类继承自 People 类。obj 变量的类型为 People，它既可以指向 People 类的实例，也可以指向 Teacher 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，因为所有的教师都是人类，但不是所有的人都是教师。

可以看出，obj 既可以是人类，也可以是教师，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“宠物”，也有很多不同的表达或实现，它可以是小猫、小狗、蜥蜴等，我们到宠物店说“请给我一只宠物”，服务员给我们小猫、小狗或者蜥蜴都可以，我们就说“宠物”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。

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 Teacher 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 Teacher 类中名为func的方法和其父类 People 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(overloading resolution)。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(static binding)。

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 Teacher，它是 People 的子类，如果 Teacher 中定义了 func(String)，就调用它，否则将在 People 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(method lable)，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 Teacher 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 Teacher.func(String)，也有可能是 People.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 People 类包含 say(String)、getName()、getAge() 三个，那么它的方法表如下：
say(String) -> People.say(String)
getName() -> People.getName()
getAge() -> People.getAge()

实际上，People 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 Teacher 类覆盖了 People 类中的 getName() 方法，并且新增了一个方法 raiseSalary(double)，那么它的参数列表为：
say(String) -> People.say(String)
getName() -> Teacher.getName()
getAge() -> People.getAge()
raiseSalary(double) -> Teacher.raiseSalary(double)

在运行的时候，调用 obj.getName() 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 People 类的方法表，也可能是 Teacher 类及其子类的方法表。
• JVM 在方法表中搜索与 getName() 匹配的方法，找到后，就知道它属于哪个类了。
• JVM 调用该方法。

 

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