多态
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2025-04-11
在继承关系中，子类如果定义了一个与父类方法签名完全相同的方法，被称为覆写（Override）。
例如，在Person类中，我们定义了run()方法：
class Person {
public void run() {
System.out.println("Person.run");
}
}在子类Student中，覆写这个run()方法：
class Student extends Person {
@Override
public void run() {
System.out.println("Student.run");
}
}Override和Overload不同的是，如果方法签名不同，就是Overload，Overload方法是一个新方法；如果方法签名相同，并且返回值也相同，就是Override。
❗注意
方法名相同，方法参数相同，但方法返回值不同，也是不同的方法。在Java程序中，出现这种情况，编译器会报错。
class Person {
public void run() { … }
}
class Student extends Person {
// 不是Override，因为参数不同:
public void run(String s) { … }
// 不是Override，因为返回值不同:
public int run() { … }
}加上@Override可以让编译器帮助检查是否进行了正确的覆写。希望进行覆写，但是不小心写错了方法签名，编译器会报错。
// override
public class Main {
public static void main(String[] args) {
}
}
class Person {
public void run() {}
}
public class Student extends Person {
@Override // Compile error!
public void run(String s) {}
}但是@Override不是必需的。
在上一节中，我们已经知道，引用变量的声明类型可能与其实际类型不符，例如：
Person p = new Student();现在，我们考虑一种情况，如果子类覆写了父类的方法：
// override
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Person p = new Student();
p.run(); // 应该打印Person.run还是Student.run?
}
}
class Person {
public void run() {
System.out.println("Person.run");
}
}
class Student extends Person {
@Override
public void run() {
System.out.println("Student.run");
}
}那么，一个实际类型为Student，引用类型为Person的变量，调用其run()方法，调用的是Person还是Student的run()方法？
运行一下上面的代码就可以知道，实际上调用的方法是Student的run()方法。因此可得出结论：
Java的实例方法调用是基于运行时的实际类型的动态调用，而非变量的声明类型。
这个非常重要的特性在面向对象编程中称之为多态。它的英文拼写非常复杂：Polymorphic。
多态
多态是指，针对某个类型的方法调用，其真正执行的方法取决于运行时期实际类型的方法。例如：
Person p = new Student();
p.run(); // 无法确定运行时究竟调用哪个run()方法有同学会说，从上面的代码一看就明白，肯定调用的是Student的run()方法啊。
但是，假设我们编写这样一个方法：
public void runTwice(Person p) {
p.run();
p.run();
}它传入的参数类型是Person，我们是无法知道传入的参数实际类型究竟是Person，还是Student，还是Person的其他子类例如Teacher，因此，也无法确定调用的是不是Person类定义的run()方法。
所以，多态的特性就是，运行期才能动态决定调用的子类方法。对某个类型调用某个方法，执行的实际方法可能是某个子类的覆写方法。这种不确定性的方法调用，究竟有什么作用？
我们还是来举例子。
假设我们定义一种收入，需要给它报税，那么先定义一个Income类：
class Income {
protected double income;
public double getTax() {
return income * 0.1; // 税率10%
}
}对于工资收入，可以减去一个基数，那么我们可以从Income派生出SalaryIncome，并覆写getTax()：
class Salary extends Income {
@Override
public double getTax() {
if (income <= 5000) {
return 0;
}
return (income - 5000) * 0.2;
}
}如果你享受国务院特殊津贴，那么按照规定，可以全部免税：
class StateCouncilSpecialAllowance extends Income {
@Override
public double getTax() {
return 0;
}
}现在，我们要编写一个报税的财务软件，对于一个人的所有收入进行报税，可以这么写：
public double totalTax(Income... incomes) {
double total = 0;
for (Income income: incomes) {
total = total + income.getTax();
}
return total;
}来试一下：
// Polymorphic
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 给一个有普通收入、工资收入和享受国务院特殊津贴的小伙伴算税:
Income[] incomes = new Income[] {
new Income(3000),
new Salary(7500),
new StateCouncilSpecialAllowance(15000)
};
System.out.println(totalTax(incomes));
}
public static double totalTax(Income... incomes) {
double total = 0;
for (Income income: incomes) {
total = total + income.getTax();
}
return total;
}
}
class Income {
protected double income;
public Income(double income) {
this.income = income;
}
public double getTax() {
return income * 0.1; // 税率10%
}
}
class Salary extends Income {
public Salary(double income) {
super(income);
}
@Override
public double getTax() {
if (income <= 5000) {
return 0;
}
return (income - 5000) * 0.2;
}
}
class StateCouncilSpecialAllowance extends Income {
public StateCouncilSpecialAllowance(double income) {
super(income);
}
@Override
public double getTax() {
return 0;
}
}观察totalTax()方法：利用多态，totalTax()方法只需要和Income打交道，它完全不需要知道Salary和StateCouncilSpecialAllowance的存在，就可以正确计算出总的税。如果我们要新增一种稿费收入，只需要从Income派生，然后正确覆写getTax()方法就可以。把新的类型传入totalTax()，不需要修改任何代码。
可见，多态具有一个非常强大的功能，就是允许添加更多类型的子类实现功能扩展，却不需要修改基于父类的代码。
覆写Object方法
因为所有的class最终都继承自Object，而Object定义了几个重要的方法：
- toString()：把instance输出为String；
- equals()：判断两个instance是否逻辑相等；
- hashCode()：计算一个instance的哈希值。
在必要的情况下，我们可以覆写Object的这几个方法。例如：
class Person {
...
// 显示更有意义的字符串:
@Override
public String toString() {
return "Person:name=" + name;
}
// 比较是否相等:
@Override
public boolean equals(Object o) {
// 当且仅当o为Person类型:
if (o instanceof Person) {
Person p = (Person) o;
// 并且name字段相同时，返回true:
return this.name.equals(p.name);
}
return false;
}
// 计算hash:
@Override
public int hashCode() {
return this.name.hashCode();
}
}调用super
在子类的覆写方法中，如果要调用父类的被覆写的方法，可以通过super来调用。例如：
class Person {
protected String name;
public String hello() {
return "Hello, " + name;
}
}
class Student extends Person {
@Override
public String hello() {
// 调用父类的hello()方法:
return super.hello() + "!";
}
}final
继承可以允许子类覆写父类的方法。如果一个父类不允许子类对它的某个方法进行覆写，可以把该方法标记为final。用final修饰的方法不能被Override：
class Person {
protected String name;
public final String hello() {
return "Hello, " + name;
}
}
class Student extends Person {
// compile error: 不允许覆写
@Override
public String hello() {
}
}如果一个类不希望任何其他类继承自它，那么可以把这个类本身标记为final。用final修饰的类不能被继承：
final class Person {
protected String name;
}
// compile error: 不允许继承自Person
class Student extends Person {
}对于一个类的实例字段，同样可以用final修饰。用final修饰的字段在初始化后不能被修改。例如：
class Person {
public final String name = "Unamed";
}对final字段重新赋值会报错：
Person p = new Person();
p.name = "New Name"; // compile error!可以在构造方法中初始化final字段：
class Person {
public final String name;
public Person(String name) {
this.name = name;
}
}这种方法更为常用，因为可以保证实例一旦创建，其final字段就不可修改。
小结
子类可以覆写父类的方法（Override），覆写在子类中改变了父类方法的行为；
Java的方法调用总是作用于运行期对象的实际类型，这种行为称为多态；
final修饰符有多种作用：
- final修饰的方法可以阻止被覆写；
- final修饰的class可以阻止被继承；
- final修饰的field必须在创建对象时初始化，随后不可修改。