Java JVM 多态(动态绑定)

Java JVM 多态(动态绑定)

@author ixenos

摘要：绑定、动态绑定实现多态、多态的缺陷、纯继承与扩展接口、向下转型与RTTI

绑定

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将一个方法的调用和一个方法的主体关联起来，称作（方法调用）绑定：

　　1.前期绑定：在程序执行前绑定（由编译器和连接程序实现）；

　　2.后期绑定：在运行时根据对象的类型绑定（也称动态绑定或运行时绑定）；

a) 实现条件：能在运行时判断对象的类型，从而关联对应主体，调用其方法

b) 编译器一直不知道真实对象类型，只将其认作引用变量的类型且知道有继承关系

c) Java中除了static方法和final方法（private方法相当于final方法）是前期绑定之外，其他所有的方法都是后期绑定

动态绑定实现多态

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多态作用：

　　1.消除类型之间的耦合关系，使我们可以编写只与基类打交道的程序代码了（比如List<String> = new ArrayList<>();）

　　2.使程序有可扩展性，我们可从通用的基类继承出新的数据类型从而添加新的功能，而不需要改变对应接受参数的方法，只与基类接口通信

动态绑定：

　　1. 假设B extends A，若使A = new B()向上转型，则编译器认为这是合理的协变，编译通过！但此时编译器只知道B是A的子类，无法得知B的具体类型！

　　2. 运行时，Java的后期绑定机制判定该对象new B()的运行时类型为B，所以方法的调用策略是从B类中调用相应方法（static、final方法除外）

　　3. 动态绑定（后期绑定或运行时绑定）常被指称为多态

多态的缺陷

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 “覆盖”私有方法时：

 public class Pri{
     private void f(){ System.out.println("I'm private f()"); }

     public static void main(String[] args){
         Pri pri = new Pub(); //向上转型，动态调用Pub类方法
         pri.f();
     }
 }

 class Pub{
     public void f(){ System.out.println("I'm public f()"); }
 }

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 输出:  I'm private f()

　　我们期望输出是public f()，但private方法被认为是final方法，属于前期绑定，这对导出类（子类）是屏蔽的，因此没有重写！只是重载了但我们不知道

　　此时，Pub类中的f()方法就是一个全新的方法，两个方法存在不同类中

　　结论：虽然只有非private方法可以覆盖，但也要注意这种试图覆盖private方法的行为，毕竟编译器不会报错（因为根本就是创建一个新的方法）导致方法不按照初衷来执行

不适用多态的范围：域、静态方法与final方法

　　只有普通方法的调用可以是多态的

　　域：当Sub对象转型为Super引用时，任何域访问操作都由编译器解析，因此不是多态的；

　　　　而此时将为Super.field和Sub.field分配不同存储空间，此时Sub包含两个域，他自己的和从super得到的；

　　　　若Super.field是private的，那么Sub是看不到的；

　　　　若Super.field是public且子类域覆盖了父类域，Sub的默认域就是子类域，要调用父类域要用super.field(field替换为父类域引用变量)

　　静态方法：静态方法是与类相关联的而不是与对象

　　final方法：final阻止子类重写，但可重载

纯继承与扩展接口

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纯继承：

导出类只覆盖基类的方法，导出类只具有和基类相同的接口，此时导出类可以完全代替基类，基类可以接受发送给导出类的任何信息，我们只需要从导出类向上转型，永远不需要知道正在处理的对象的确切类型，这是通过多态（动态绑定）处理的

 Shape{
     draw(){}
     erase(){}
 }

 Circle extends Shape{
     draw(){}
     erase(){}
 }

 Square extends Shape{
     draw(){}
     erase(){}
 }

 Triangle extends Shape{
     draw(){}
     erase(){}
 }

扩展接口：

扩展导出类的功能，但是，导出类中接口的扩展部分不能被基类访问，因此，一旦扩展接口的导出类对象向上转型，就不能调用那些新方法

 Useful{
     draw(){}
     erase(){}
 }

 MoreUseful extends Useful{
     draw(){}
     erase(){}

     //扩展接口
     freak(){}
     flyme(){}
 }

向下转型与RTTI

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向上转型：

向上转型是安全的，因为基类不会具有大于导出类的接口

向下转型：

向下转型是不安全的，由“运行时类型识别”RTTI(Run-Time Type Identification)来确保向下转型正确性

 Useful{
      draw(){}
      erase(){}
  }

 MoreUseful extends Useful{
      draw(){}
      erase(){}

      //扩展接口
      freak(){}
      flyme(){}
  }

 public class RTTI{
     public static void mian(String[] args){
         Useful[] x = { new Useful() , new MoreUseful() };

        // ((MoreUseful)x[0]).freak(); //ERROR 向下转型失败，因为x[0]对象不具有MoreUseful类中的扩展接口

         ((MoreUseful)x[1]).freak();  //向下转型成功/RTTI   

RTTI行为示例

一个基类引用的对象，如果想访问特定导出类对象的扩展接口，就可以尝试向下转型，但是该基类对象本身必须是导出类类型或者其子类型，才能转型成功