《深入理解多態(tài)》課件

深入理解多態(tài)多態(tài)性是面向?qū)ο缶幊痰闹匾拍钪?。它允許對(duì)象以不同的方式響應(yīng)相同的請(qǐng)求。多態(tài)概述多種形式多態(tài)允許同一個(gè)接口、同一函數(shù)調(diào)用，執(zhí)行不同的行為，從而實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用和靈活性。面向?qū)ο蠖鄳B(tài)是面向?qū)ο缶幊痰闹匾匦灾唬c繼承、封裝相輔相成，為程序設(shè)計(jì)提供了一種強(qiáng)大而靈活的機(jī)制。代碼可擴(kuò)展性通過(guò)多態(tài)，可以方便地添加新的功能，而無(wú)需修改現(xiàn)有的代碼。多態(tài)的定義面向?qū)ο缶幊痰闹匾拍疃鄳B(tài)是指同一操作作用于不同類型的對(duì)象，產(chǎn)生不同的行為，實(shí)現(xiàn)代碼的靈活性和可擴(kuò)展性。代碼復(fù)用通過(guò)多態(tài)，可以避免編寫(xiě)大量的重復(fù)代碼，提高代碼的效率和可維護(hù)性。運(yùn)行時(shí)決定方法調(diào)用在多態(tài)中，方法的調(diào)用是通過(guò)動(dòng)態(tài)綁定來(lái)完成的，即在運(yùn)行時(shí)根據(jù)對(duì)象的實(shí)際類型來(lái)確定調(diào)用哪個(gè)方法。多態(tài)的特點(diǎn)靈活性多態(tài)性允許程序使用不同的對(duì)象以相同的方式進(jìn)行操作。這提供了代碼的靈活性，并在開(kāi)發(fā)過(guò)程中提供更多選擇?？蓴U(kuò)展性多態(tài)性使代碼易于擴(kuò)展，因?yàn)樗梢暂p松地添加新的類型。即使在添加新類型后，現(xiàn)有代碼也不需要更改?？删S護(hù)性多態(tài)性有助于提高代碼的可維護(hù)性，因?yàn)樗?jiǎn)化了代碼結(jié)構(gòu)。使用多態(tài)性可以減少代碼重復(fù)，并使代碼更易于理解和修改。代碼重用通過(guò)使用多態(tài)性，可以重用相同的代碼來(lái)處理不同類型的對(duì)象。這有助于減少代碼冗余，并提高代碼效率。多態(tài)的優(yōu)點(diǎn)代碼簡(jiǎn)潔清晰多態(tài)可以減少代碼冗余，使代碼結(jié)構(gòu)更加清晰易懂。代碼可擴(kuò)展性強(qiáng)通過(guò)增加新的子類，可以輕松地?cái)U(kuò)展代碼的功能，無(wú)需修改原有代碼。代碼維護(hù)更方便多態(tài)可以將代碼的修改集中在子類中，簡(jiǎn)化了代碼維護(hù)工作。代碼靈活性高多態(tài)允許程序根據(jù)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際情況選擇不同的執(zhí)行路徑，提高代碼的靈活性。多態(tài)的應(yīng)用場(chǎng)景11.面向?qū)ο缶幊潭鄳B(tài)是面向?qū)ο缶幊痰暮诵母拍钪弧Ｋ?jiǎn)化了代碼，提高了可維護(hù)性。22.代碼復(fù)用通過(guò)多態(tài)，可以重復(fù)使用相同代碼，但針對(duì)不同的對(duì)象類型執(zhí)行不同的操作。33.設(shè)計(jì)模式許多設(shè)計(jì)模式，如策略模式、模板方法模式，都利用了多態(tài)的特性。44.框架開(kāi)發(fā)框架通常使用多態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活性和可擴(kuò)展性，允許開(kāi)發(fā)者定制功能。繼承與多態(tài)11.繼承繼承是面向?qū)ο缶幊痰暮诵母拍钪?，允許創(chuàng)建新的類（子類）基于現(xiàn)有的類（父類）。22.多態(tài)性多態(tài)性是指同一操作在不同的對(duì)象上可以有不同的行為表現(xiàn)，繼承是實(shí)現(xiàn)多態(tài)性的基礎(chǔ)。33.實(shí)現(xiàn)通過(guò)子類重寫(xiě)父類的方法，在運(yùn)行時(shí)根據(jù)對(duì)象的實(shí)際類型選擇執(zhí)行哪個(gè)方法。方法重載與方法重寫(xiě)方法重載在同一個(gè)類中，方法名相同，參數(shù)列表不同（參數(shù)類型或參數(shù)個(gè)數(shù)不同），返回值類型可以相同也可以不同。方法重寫(xiě)子類中定義與父類方法名、參數(shù)列表完全相同的方法，返回值類型可以相同也可以不同。重載示例定義多個(gè)相同方法名的add方法，但參數(shù)列表不同。重寫(xiě)示例子類繼承父類并重寫(xiě)父類中的print方法。抽象類與接口抽象類抽象類是不能被實(shí)例化的類。抽象類可以包含抽象方法和非抽象方法。接口接口是完全抽象的，不能包含任何非抽象方法。接口中的所有方法都是抽象方法，需要由實(shí)現(xiàn)接口的類來(lái)實(shí)現(xiàn)。接口與抽象類的區(qū)別抽象類抽象類不能實(shí)例化，但可以包含抽象方法和非抽象方法。接口接口不能包含方法的實(shí)現(xiàn)，只能包含方法的聲明。關(guān)鍵區(qū)別抽象類可以包含屬性，接口只能包含常量。向上轉(zhuǎn)型與向下轉(zhuǎn)型向上轉(zhuǎn)型將子類對(duì)象賦值給父類引用，稱為向上轉(zhuǎn)型。子類對(duì)象可以安全地轉(zhuǎn)換為父類引用，因?yàn)樽宇惏割愃谐蓡T變量和方法。向下轉(zhuǎn)型將父類引用轉(zhuǎn)換為子類引用，稱為向下轉(zhuǎn)型。需要使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符，但存在類型轉(zhuǎn)換異常風(fēng)險(xiǎn)，需要謹(jǐn)慎使用。向上轉(zhuǎn)型向上轉(zhuǎn)型是安全的，因?yàn)樽宇惏割愃谐蓡T變量和方法。代碼簡(jiǎn)潔，提高代碼可讀性。向下轉(zhuǎn)型向下轉(zhuǎn)型需要判斷父類引用是否指向子類對(duì)象，才能安全地進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換，以訪問(wèn)子類特有成員變量和方法。對(duì)象類型判斷類型信息使用`instanceof`運(yùn)算符，判斷一個(gè)對(duì)象是否屬于某個(gè)特定類型，例如，`objinstanceofAnimal`。類信息使用`getClass()`方法獲取對(duì)象的運(yùn)行時(shí)類型，例如，`obj.getClass()`。通用判斷使用`Object`類的`isInstance()`方法，判斷一個(gè)對(duì)象是否屬于某個(gè)類或接口，例如，`Animal.class.isInstance(obj)`。虛函數(shù)與虛函數(shù)表虛函數(shù)在類中，被聲明為virtual的成員函數(shù)被稱為虛函數(shù)，虛函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)多態(tài)。當(dāng)子類繼承父類并重寫(xiě)父類的虛函數(shù)時(shí)，程序會(huì)根據(jù)對(duì)象的實(shí)際類型調(diào)用相應(yīng)函數(shù)。虛函數(shù)表虛函數(shù)表是一個(gè)存儲(chǔ)指向虛函數(shù)地址的表格，每個(gè)類都有一個(gè)虛函數(shù)表。當(dāng)調(diào)用一個(gè)虛函數(shù)時(shí)，程序會(huì)通過(guò)虛函數(shù)表找到該函數(shù)的實(shí)際地址并執(zhí)行。純虛函數(shù)與抽象類抽象類抽象類是不能被實(shí)例化的類。它包含一個(gè)或多個(gè)純虛函數(shù)，這些函數(shù)沒(méi)有具體的實(shí)現(xiàn)。純虛函數(shù)純虛函數(shù)用"=0"來(lái)聲明，沒(méi)有具體的實(shí)現(xiàn)，需要在派生類中重寫(xiě)。繼承抽象類只能被繼承，不能直接創(chuàng)建對(duì)象。派生類必須實(shí)現(xiàn)所有純虛函數(shù)。多態(tài)實(shí)現(xiàn)機(jī)制1編譯時(shí)靜態(tài)綁定2運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)綁定3虛函數(shù)表查找方法地址多態(tài)在編譯時(shí)和運(yùn)行時(shí)采用不同的機(jī)制。編譯時(shí)進(jìn)行靜態(tài)綁定，直接確定調(diào)用哪個(gè)方法。運(yùn)行時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)綁定，在運(yùn)行時(shí)通過(guò)虛函數(shù)表查找方法地址，實(shí)現(xiàn)多態(tài)行為。靜態(tài)綁定與動(dòng)態(tài)綁定靜態(tài)綁定在編譯時(shí)確定方法調(diào)用，綁定具體方法。調(diào)用時(shí)，程序直接調(diào)用該方法。動(dòng)態(tài)綁定在運(yùn)行時(shí)確定方法調(diào)用，綁定具體方法。程序根據(jù)對(duì)象類型動(dòng)態(tài)選擇方法。動(dòng)態(tài)綁定的工作原理1編譯階段編譯器無(wú)法確定要調(diào)用哪個(gè)方法，因?yàn)閷?shí)際類型未知。2運(yùn)行階段虛擬機(jī)通過(guò)對(duì)象的實(shí)際類型找到對(duì)應(yīng)的方法。3虛函數(shù)表每個(gè)類都有一個(gè)虛函數(shù)表，存儲(chǔ)了每個(gè)虛函數(shù)的地址。虛擬機(jī)根據(jù)對(duì)象的實(shí)際類型，從其虛函數(shù)表中獲取對(duì)應(yīng)方法的地址，并執(zhí)行該方法。虛函數(shù)調(diào)用過(guò)程1編譯階段編譯器無(wú)法確定調(diào)用哪個(gè)函數(shù)，因?yàn)樽罱K執(zhí)行的函數(shù)取決于對(duì)象類型，而這在編譯時(shí)是未知的。2運(yùn)行階段程序運(yùn)行時(shí)，根據(jù)對(duì)象的實(shí)際類型，動(dòng)態(tài)查找虛函數(shù)表中對(duì)應(yīng)函數(shù)的地址，并調(diào)用該函數(shù)。3函數(shù)調(diào)用通過(guò)虛函數(shù)指針找到實(shí)際函數(shù)的地址，并執(zhí)行該函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)多態(tài)機(jī)制。多態(tài)的編譯原理11.編譯階段編譯器無(wú)法確定調(diào)用哪個(gè)具體方法。22.虛函數(shù)表編譯器為每個(gè)類創(chuàng)建虛函數(shù)表，存儲(chǔ)虛函數(shù)地址。33.運(yùn)行階段程序運(yùn)行時(shí)，根據(jù)對(duì)象的實(shí)際類型找到虛函數(shù)表，調(diào)用對(duì)應(yīng)函數(shù)。44.靜態(tài)綁定非虛函數(shù)在編譯階段確定調(diào)用函數(shù)，而虛函數(shù)在運(yùn)行時(shí)確定。多態(tài)的設(shè)計(jì)模式應(yīng)用策略模式定義一系列算法，并將每個(gè)算法封裝起來(lái)，使它們可以相互替換工廠模式定義一個(gè)創(chuàng)建對(duì)象的接口，讓子類決定實(shí)例化哪一個(gè)類觀察者模式定義對(duì)象之間的一對(duì)多依賴，當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，所有依賴于它的對(duì)象都會(huì)得到通知單一職責(zé)原則概念一個(gè)類或模塊應(yīng)該只負(fù)責(zé)一個(gè)功能領(lǐng)域。每個(gè)類或模塊應(yīng)該有且只有一個(gè)引起它變化的原因。好處提高代碼的可維護(hù)性、可測(cè)試性和可復(fù)用性。降低代碼的耦合度，使代碼更容易理解和修改。開(kāi)放封閉原則對(duì)擴(kuò)展開(kāi)放系統(tǒng)應(yīng)該易于擴(kuò)展新功能，無(wú)需修改現(xiàn)有代碼。對(duì)修改封閉系統(tǒng)應(yīng)該避免修改現(xiàn)有代碼以添加新功能。里氏替換原則11.子類可以替換父類在程序中，可以用子類對(duì)象替換父類對(duì)象，而不影響程序的正常運(yùn)行。22.保持代碼的穩(wěn)定性里氏替換原則確保了程序的擴(kuò)展性，可以更容易地添加新的子類，而不會(huì)破壞原有的代碼結(jié)構(gòu)。33.提高代碼的可維護(hù)性通過(guò)使用子類來(lái)擴(kuò)展功能，可以提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。44.減少代碼的復(fù)雜性通過(guò)使用子類來(lái)封裝不同的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，可以降低代碼的復(fù)雜度。依賴倒置原則高層依賴高層模塊不應(yīng)該依賴于低層模塊，兩者都應(yīng)該依賴于抽象。抽象依賴抽象不應(yīng)該依賴于細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)應(yīng)該依賴于抽象?？删S護(hù)性通過(guò)依賴抽象，代碼更易于維護(hù)和擴(kuò)展，降低耦合度。接口隔離原則最小接口每個(gè)接口應(yīng)該只包含客戶需要的操作，避免定義過(guò)大的接口。降低耦合通過(guò)使用多個(gè)小的接口，減少客戶端對(duì)特定接口的依賴，從而降低耦合度。靈活性實(shí)現(xiàn)類可以只實(shí)現(xiàn)需要的接口，而不是被迫實(shí)現(xiàn)所有方法，提高靈活性和可維護(hù)性。合成復(fù)用原則組合和聚合合成復(fù)用原則通過(guò)組合或聚合的方式將已有的對(duì)象或類進(jìn)行組合，以實(shí)現(xiàn)新的功能。組合關(guān)系是“has-a”關(guān)系，聚合關(guān)系是“uses-a”關(guān)系，它們都強(qiáng)調(diào)了對(duì)象之間的依賴關(guān)系，而非繼承關(guān)系。避免繼承帶來(lái)的問(wèn)題合成復(fù)用原則避免了繼承帶來(lái)的弊端，例如：繼承關(guān)系過(guò)于緊密，子類依賴于父類的實(shí)現(xiàn)，不利于代碼的維護(hù)和擴(kuò)展。合成復(fù)用原則更靈活，可以根據(jù)需要選擇不同的組合方式，實(shí)現(xiàn)更靈活的功能擴(kuò)展。多態(tài)在集合中的應(yīng)用通用容器多態(tài)性允許將不同類型的對(duì)象存儲(chǔ)在同一個(gè)集合中，例如使用ArrayList存儲(chǔ)各種類型的對(duì)象，然后通過(guò)迭代器訪問(wèn)它們。統(tǒng)一操作利用多態(tài)，可以使用相同的代碼操作不同類型的對(duì)象，例如使用List接口定義通用的方法，而無(wú)需關(guān)心具體的類型。靈活處理通過(guò)多態(tài)，可以在集合中使用不同的算法和操作，例如排序、過(guò)濾、查找等，而不必針對(duì)不同的類型編寫(xiě)單獨(dú)的代碼。類型安全多態(tài)與泛型結(jié)合，可以確保集合元素類型的一致性，避免類型錯(cuò)誤，提高代碼的安全性。多態(tài)在反射中的應(yīng)用動(dòng)態(tài)類型獲取反射機(jī)制允許在運(yùn)行時(shí)獲取對(duì)象的類型信息，即使該類型在編譯時(shí)未知。動(dòng)態(tài)方法調(diào)用通過(guò)反射可以動(dòng)態(tài)地調(diào)用對(duì)象的方法，即使這些方法在編譯時(shí)不可用。類型轉(zhuǎn)換與實(shí)例化反射可以動(dòng)態(tài)地將對(duì)象轉(zhuǎn)換為其他類型，并在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建新的實(shí)例。元數(shù)據(jù)訪問(wèn)反射可以訪問(wèn)類、方法、字段等成員的元數(shù)據(jù)信息，例如修飾符、名稱、返回值類型等。多態(tài)在泛型中的應(yīng)用1類型安