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在Java中，多态（Polymorphism） 是面向对象编程（OOP）的四大特性之一（其他三个是封装、继承和抽象）。多态允许同一个方法在不同的对象中表现出不同的行为，从而提高了代码的灵活性和可扩展性。

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1. 多态的定义

多态是指同一个方法调用可以根据对象的不同而表现出不同的行为。它分为两种类型：

1. 编译时多态（静态多态）：通过方法重载实现。
2. 运行时多态（动态多态）：通过方法重写和向上转型实现。

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2. 多态的实现方式

2.1 方法重载（Overload）

• 定义：在同一个类中，允许存在多个同名方法，但参数列表必须不同（参数类型、数量或顺序不同）。
• 特点：
  • 编译时确定调用哪个方法。
  • 属于静态多态。

示例：

public class Calculator {// 方法重载public int add(int a, int b) {return a + b;}public double add(double a, double b) {return a + b;}public int add(int a, int b, int c) {return a + b + c;}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Calculator calc = new Calculator();System.out.println(calc.add(2, 3));           // 调用int add(int, int)System.out.println(calc.add(2.5, 3.5));       // 调用double add(double, double)System.out.println(calc.add(2, 3, 4));        // 调用int add(int, int, int)}
}

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2.2 方法重写（Override）

• 定义：子类可以重写父类的方法，提供不同的实现。
• 特点：
  • 运行时确定调用哪个方法。
  • 属于动态多态。

示例：

class Animal {public void makeSound() {System.out.println("Animal is making a sound.");}
}class Dog extends Animal {@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Dog is barking: Woof! Woof!");}
}class Cat extends Animal {@Overridepublic void makeSound() {System.out.println("Cat is meowing: Meow! Meow!");}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Animal myAnimal = new Dog(); // 向上转型myAnimal.makeSound();       // 输出: Dog is barking: Woof! Woof!myAnimal = new Cat();       // 向上转型myAnimal.makeSound();       // 输出: Cat is meowing: Meow! Meow!}
}

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2.3 向上转型（Upcasting）

• 定义：将子类对象赋值给父类引用。
• 特点：
  • 通过父类引用调用子类重写的方法时，实际执行的是子类的方法。
  • 这是实现运行时多态的关键。

示例：

Animal myAnimal = new Dog(); // 向上转型
myAnimal.makeSound();        // 调用Dog类的makeSound方法

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3. 多态的优点

1. 代码复用：
   • 通过继承和方法重写，可以减少重复代码。
2. 灵活性：
   • 同一个方法可以根据对象的不同表现出不同的行为。
3. 可扩展性：
   • 新增子类时，无需修改现有代码，只需重写父类方法即可。
4. 解耦合：
   • 程序的设计更加模块化，降低了模块之间的耦合度。

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4. 多态的实现条件

1. 继承关系：
   • 多态必须基于类的继承关系。
2. 方法重写：
   • 子类必须重写父类的方法。
3. 向上转型：
   • 父类引用指向子类对象。

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5. 多态的应用场景

1. 方法参数多态：
   • 将父类类型作为方法参数，可以接受任意子类对象。

示例：

public class Zoo {public void animalSound(Animal animal) {animal.makeSound(); // 根据传入的对象调用不同的方法}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Zoo zoo = new Zoo();zoo.animalSound(new Dog()); // 输出: Dog is barking: Woof! Woof!zoo.animalSound(new Cat()); // 输出: Cat is meowing: Meow! Meow!}
}

2. 集合中的多态：
   • 使用父类类型存储子类对象，实现统一管理。

示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class Main {public static void main(String[] args) {List<Animal> animals = new ArrayList<>();animals.add(new Dog());animals.add(new Cat());for (Animal animal : animals) {animal.makeSound(); // 根据具体对象调用不同的方法}}
}

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6. 注意事项

1. 不能调用子类特有的方法：
   • 通过父类引用调用方法时，只能调用父类中定义的方法。如果需要调用子类特有的方法，必须进行向下转型。

示例：

Animal myAnimal = new Dog();
// myAnimal.bark(); // 编译错误，Animal类中没有bark方法if (myAnimal instanceof Dog) {Dog myDog = (Dog) myAnimal; // 向下转型myDog.bark(); // 调用Dog类特有的方法
}

2. instanceof关键字：
   • 用于检查对象是否是某个类的实例，避免向下转型时出现ClassCastException。

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7. 总结

多态是Java面向对象编程的核心特性之一，通过方法重写和向上转型实现运行时多态。它提高了代码的灵活性、可扩展性和可维护性，是设计复杂系统的重要工具。