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Java基礎教程之類型轉換與多態

編輯:JAVA編程入門知識

我們之前使用類創造新的類型(type),並使用繼承來便利我們創建類的過程。我將在這一講中深入類型,並介紹多態(polymorphism)的概念。

 類型檢查

Java的任意變量和引用經過類型聲明(type declaration),才能使用。我們之前見過對象數據、類數據、方法參數、方法返回值以及方法內部的自動變量,它們都需要聲明其類型。Java是一種強類型(strongly typing)語言,它會對類型進行檢查。如果我們錯誤的使用類型,將造成錯誤。

 類型不符,賣萌無效

 比如在下面的Test類中,我們將一個Cup類對象賦予給aPerson類引用:

public class Test
{
  public static void main(String[] args)
  {
    Human aPerson;      
    aPerson = new Cup();   
  }
}

class Human
{  
  /**
   * constructor
   */
  public Human(int h)
  {
    this.height = h;
  }

  /**
   * accessor
   */
  public int getHeight()
  {
    return this.height;
  }

  /**
   * mutator
   */
  public void growHeight(int h)
  {
    this.height = this.height + h;
  }

  private int height;
}

class Cup 
{
  public void addWater(int w) 
  {
    this.water = this.water + w;
  }

  public void drinkWater(int w)
  {
    this.water = this.water - w;
  }

  private int water = 0;
}

javac將返回:

found  : Cup
required: Human
        aPerson = new Cup();       
             ^
1 error

 基本類型轉換

Java可以對基本類型的變量進行類型轉換。不同的基本類型有不同的長度和存儲范圍。如果我們從一個高精度類型轉換到低精度類型,比如從float轉換到int,那麼我們有可能會損失信息。這樣的轉換叫做收縮變換(narrowing conversion)。這種情況下,我們需要顯示的聲明類型轉換,比如:

public class Test
{
  public static void main(String[] args)
  {
    int a;
    a = (int) 1.23; // narrowing conversion
    System.out.println(a);
  }
}

 如果我們從低精度類型轉換成高精度類型,則不存在信息損失的顧慮。這樣的變換叫做寬松變換(widening conversion)。我們不需要顯示的要求類型轉換,Java可以自動進行:

public class Test
{
  public static void main(String[] args)
  { 
    int a = 3;
    double b;
    b = a; // widening conversion
    System.out.println(a);
  }
}

 

基本類型轉換

 upcast與多態

在Java中,引用也可以進行類型轉換,但是有限制。

我們可以將一個衍生類引用轉換為其基類引用,這叫做向上轉換(upcast)或者寬松轉換。下面的BrokenCup類繼承自Cup類,並覆蓋了Cup類中原有的addWater()和drinkWater()方法:

public class Test
{
  public static void main(String[] args)
  { 
    Cup aCup;
    BrokenCup aBrokenCup = new BrokenCup();
    aCup = aBrokenCup; // upcast
    aCup.addWater(10); // method binding
  }
}

class Cup 
{
  public void addWater(int w) 
  {
    this.water = this.water + w;
  }

  public void drinkWater(int w)
  {
    this.water = this.water - w;
  }

  private int water = 0;
}

class BrokenCup extends Cup
{
  public void addWater(int w) 
  {
    System.out.println("shit, broken cup");
  }

  public void drinkWater(int w)
  {
    System.out.println("om...num..., no water inside");
  }
}

程序運行結果:

shit, broken cup

 在上面可以看到,不需要任何顯示說明,我們將衍生類引用aBrokenCup賦予給它的基類引用aCup。類型轉換將由Java自動進行。

我們隨後調用了aCup(我們聲明它為Cup類型)的addWater()方法。盡管aCup是Cup類型的引用,它實際上調用的是BrokenCup的addWater()方法!也就是說,即使我們經過upcast,將引用的類型寬松為其基類,Java依然能正確的識別對象本身的類型,並調用正確的方法。Java可以根據當前狀況,識別對象的真實類型,這叫做多態(polymorphism)。多態是面向對象的一個重要方面。

多態是Java的支持的一種機制,同時也是面向對象的一個重要概念。這提出了一個分類學的問題,既子類對象實際上“是”父類對象。比如一只鳥,也是一個動物;一輛汽車,也必然是一個交通工具。Java告訴我們,一個衍生類對象可以當做一個基類對象使用,而Java會正確的處理這種情況。

比如下面的繼承關系:

 

 我們可以說用杯子(Cup)喝水(drinkWater)。實際上,喝水這個動作具體含義會在衍生類中發生很大變換。比如用吸管喝水,和從一個破杯子喝水,這兩個動作差別會很大,雖然我們抽象中都講“喝水”。我們當然可以針對每個衍生類分別編程,調用不同的drinkWater方法。然而,作為程序員,我們可以對杯子編程,調用Cup的drinkWater()方法,而無論這個杯子是什麼樣的衍生類杯子。Java會調用相應的正確方法,正如我們在上面程序中看到的。

看一個更加有意義的例子,我們給Human類增加一個drink()方法,這個方法接收一個杯子對象和一個整數作為參數。整數表示喝水的水量:

public class Test
{
  public static void main(String[] args)
  {
    Human guest = new Human();
    BrokenCup hisCup = new BrokenCup();
    guest.drink(hisCup, 10);
  }
}

class Human 
{
  void drink(Cup aCup, int w)
  {
    aCup.drinkWater(w);
  }
}

程序運行結果:

shit, no water inside

 我們在Human類的drink()的定義中,要求第一個參量為Cup類型的引用。但在實際運用時(Test類),將Cup的BrokenCup衍生類對象。這實際上是將hisCup向上轉型稱為Cup類,傳遞給drink()方法。在方法中,我們調用了drinkWater()方法。Java發現這個對象實際上是BrokenCup對象,所以實際調用了BrokenCup的相應方法。

 downcast

我們可以將一個基類引用向下轉型(downcast)成為衍生類的引用,但要求該基類引用所指向的對象,已經是所要downcast的衍生類對象。比如可以將上面的hisCup向上轉型為Cup類引用後,再向下轉型成為BrokenCup類引用。

 Object類型

Java中,所有的類實際上都有一個共同的繼承祖先,即Object類。Object類提供了一些方法,比如toString()。我們可以在自己的類定義中覆蓋這些方法。

Object: 祖先

 我們可以編寫一個操作Object對象的程序,就可以通過upcast,將任意對象傳遞給該程序。

我將在以後深入Object類。

 (多態的實現是依靠RTTI的支持。我將在以後深入。)

 總結

基本類型轉換

polymorphism

downcast

Object

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