广州番禺Python, Java小班周末班培训
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8.3.1 理解多态
在面向对象的程序设计中，多态一般是指父类方法的多种不同实现。如何对父类方法进行多种不同的实现？可以通过继承的方式，即多个子类对从父类继承的方法进行不同的实现。
子类对父类方法进行不同的实现以后，将子类再赋值给父类对象，父类对象再根据子类对象的类型，在运行时调用同一方法的不同实现，这样就实现了多态。
举个简单的例子来帮助同学们理解，在蒙面歌手大赛中，台上站了3位蒙面选手，观众需根据每位选手的演唱特点来猜出歌手的姓名。这里的歌手就相当于父类，唱歌是父类提供的方法。每一个蒙面的歌手是子类，有自己独特的演唱风格。由于蒙了面，所以观众并不知道是哪位歌手，需要等到歌手唱歌的时候，根据歌手的演唱特点，才能大概猜出是哪位歌手。
观众只知道站在台上的是歌手(父类)，但歌手唱歌时，是根据自己(子类)的演唱风格来进行演唱(运行时)。
8.3.2 父类与子类
多态是通过将子类对象赋值给父类对象来实现的，现在将8.3.1节中的蒙面歌手例子用Java语言来实现：
class MaskedSinger{
public void sing(String song){
System.out.println(song);
}
}
class LiBai extends MaskedSinger {
public void sing(String song){
System.out.println("喝酒");
System.out.println(song);
}
}
class BaiJuYi extends MaskedSinger {
public void sing(String song){
System.out.println(song);
System.out.println("喝酒");
}
}
public class HelloJava {
public static void main(String[] args) {
// 将子类对象赋值给父类对象
MaskedSinger singer = new LiBai();
// 父类在运行时根据子类的类型来调用子类的方法
singer.sing("将进酒");
// 将子类对象再次赋值给父类对象
singer = new BaiJuYi();
// 父类在运行时根据子类的类型来调用子类的方法
singer.sing("琵琶行");
}
}读者需注意，在以上代码中是将子类对象赋值给父类。singer对象的类型在编译时已确定，是MaskedSinger类型，但是在执行期调用的却是子类LiBai和子类BaiJuYi的方法。在将子类对象向上赋值给父类引用时，Java会将子类对象切割，使得父类对象仅能调用从父类中定义的方法。下图展示了子类对象的切割过程：
现在写一段代码来验证子类对象是否被切割：
class MaskedSinger{
public void sing(String song){
System.out.println(song);
}
}
class LiBai extends MaskedSinger {
public void sing(String song){
// 先喝酒再吟唱
System.out.println("喝酒");
System.out.println(song);
}
// 子类Libai新增的write方法
public void write(String poem){
System.out.println(poem);
}
}
public class HelloJava {
public static void main(String[] args) {
// 将子类对象赋值给父类对象
MaskedSinger singer = new LiBai();
// 父类在运行时根据子类的类型来调用子类的方法
singer.sing("将进酒");
// singer调用write方法失败，因为singer是一个MaskedSinger类型，该类型没有提供write方法
singer.write("蜀道难");
}
}读者在IDEA中执行以上代码时，Java会抛出错误信息，因为singer是MaskedSinger类型，并未提供write方法，write方法是在子类Libai中定义的，Java在编译时会去查找父类MaskedSinger是否有提供该方法，若没有，则会编译失败。
8.3.3 运行时多态
与运行时相对的是编译时，所谓的编译时，是指Java的编译器将Java源代码翻译为Java中间字节码的过程。
Java的中间字节码是供Java虚拟机执行的一种虚拟指令格式, 关于Java虚拟机，会在后面的教程中详细讲解。
在编译期间，Java会检查源程序的语法，并对源代码做一定程度的优化。而运行时，是指Java的解释器将Java中间字节码再翻译成机器指令并执行的过程。
CPU只能执行机器指令，所以为什么需要将Java中间字节码再翻译为CPU可执行的指令。
多态是指同一个方法,却表现出不同行为。读者可这么来简单理解，明明是父类对象，但在运行时调用的却是子类对象重写后的方法，这样就很契合"多态"。如果将父类对象赋值给父类，或将子类对象赋值给子类，那么就没有这样的多态效果，因为方法的调用在编译期就已经确定下来了。
8.3.4 抽象基类
面向对象程序设计有一个很重要的里氏替换原则，关于里氏替换原则，在7.2.3节已经做了简单介绍。里氏替换原则是说任何使用基类的地方 ，也可以用其派生类来替换，不会影响程序的执行结果(即，不论使用基类还是派生类，得到的都是期望的结果)。
理解这个设计原则，读者要思考的是，在哪些情况下使用子类来替换会影响程序的执行结果。
本节的主旨是讲解Java中的多态，要实现多态，子类必须重写父类中的方法，那么问题来了，方法的多态会不会影响程序的执行结果？
违背里氏替换原则，会破坏类的继承体系，带来一些潜在的问题，影响程序的可维护性。
这需要具体问题具体分析，如果子类重写父类方法时，改变了父类方法的语义，那么肯定无法得到一致的结果，比如父类的avg方法用來计算算数平均值，但是子类却将该方法重写为计算几何平均值, 那么在用子类来替换时肯定得不到预期的结果。
子类不应该修改父类的状态和方法语义，如果一定要修改，請重新定义一个不同的方法。
如果子类重写父类方法只是修改原有的实现逻辑，比如采用一个更优的算法，那么仍然符合里氏替换原则。举个简单的例子，经典的排序算法有冒泡排序，快速排序，堆排序等，假设父类的sort方法采取的是普通的冒泡排序，而子类将sort方法重写为堆排序，这样不论用父类还是用子类得到的都是一致的结果。通常，更优的做法是让子类继承于抽象基类或接口，基类不再提供方法的具体实现。这样设计的优点是将抽象层和实现层隔离，父类只需提供基本的抽象，而将具体的实现和扩展交给子类。在Java中定义抽象基类需使用abstract关键字，至于接口，会在8.4节中详细讲解。
读者须知：抽象基类不能被实例化，只能被继承。
定义抽象基类的语法结构：
[modifier] abstract class AbstractClassName {
;
}定义抽象基类时，也可以使用abstract来定义抽象方法，抽象方法只包含一个方法名，而没有方法体。现将8.3.2节中的MaskedSinger改成抽象基类，代码实例如下：
/*
抽象基类应该只提供基本的抽象，而将具体实现和扩展逻辑交给子类。
*/
abstract class MaskedSinger{
// 抽象方法只包含方法名，不会提供具体实现。
public abstract void sing(String song);
}
class LiBai extends MaskedSinger {
public void sing(String song){
System.out.println("喝酒");
System.out.println(song);
}
}
class BaiJuYi extends MaskedSinger {
public void sing(String song){
System.out.println(song);
System.out.println("喝酒");
}
}
public class HelloJava {
public static void main(String[] args) {
// 将子类对象赋值给抽象基类
MaskedSinger singer = new LiBai();
// 在运行时根据子类的类型来调用子类的方法
singer.sing("将进酒");
// 将子类对象再次赋值给抽象基类
singer = new BaiJuYi();
// 在运行时根据子类的类型来调用子类的方法
singer.sing("琵琶行");
}8.3.5 课后习题
(1) 简述你对多态的理解，并举一个生活中的例子来说明。
(2) Java执行程序前会有一个编译过程，请回答Java编译器在这一期间主要做了哪些工作。
(3) 如何理解运行时多态？请读者思考，既然有运行时多态，那么还有编译时多态吗？如果有，请写出一个代码实例来加以说明。
(4) 本节提到了抽象层和实现层的隔离，请读者思考为什么要将二者隔离，这样做的优点是什么？
(5) 抽象基类不能实例化，其主要的作用是为子类提供基本的抽象。请读者定义一个表示编程语言的抽象基类，该基类需为Python等子类提供基本抽象。
8.3.6 高薪就业班
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