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Java动态多态原理

很多书本说到多态,概念就把人看晕了,本人从实际使用角度,来介绍 多态 ,希望对大家有用。

什么是多态:

多态简单来说,就是调用同一个函数名字,会出现不同的运行结果。

多态分为几种:

多态分为静态多态、动态多态

什么是静态多态

静态多态性指的是程序在编译时,系统就能决定调用哪个函数,一般指的是 重载 ,是在一个类中的行为。

重载,就是在类中创建多个方法,它们具有相同的名字,但具有不同的参数和不同的定义。调用方法时通过传递给它们的不同参数个数和参数类型来决定具体使用哪个方法, 这就是多态性

例如:

public class Dog {

void bark()//bark()方法是重载方法

{

System .out.println(“no barking!”);

this.bark(“female”, 3.4);

}

void bark(String m,double l)//注意:重载的方法的返回值都是一样的,

{

System.out.println(“a barking dog!”);

this.bark(5, “China”);

}

void bark(int a,String n)//不能以返回值区分重载方法,而只能以“参数类型”和“类名”来区分

{

System.out.println(“a howling dog”);

}

}

什么是动态多态

动态多态性是指方法的重写,是在有继承关系的两个或两个以上的类中的行为。一般子类通过实现父类函数,允许基类的指针或引用指向派生类的对象,而在具体访问时实现方法的动态绑定。

Java 为例:

public class Fruit {……

public void show_name(int num){

System.out.println(“Fruit: “+mum);

}

}

public class Apple extends Fruit{

@Override

public void show_name(int num){

System.out.println(“Apple”);

}

}

如何实现动态多态

方法表与方法调用

方法表是动态调用的核心,也是 Java 实现动态调用的主要方式。它被存储于方法区中的类型信息,包含有该类型所定义的所有方法及指向这些方法代码的指针,注意这些具体的方法代码可能是被覆写的方法,也可能是继承自基类的方法。

如有类定义 Person, Girl, Boy,

清单 1

class Person {

public String toString(){

return “I’m a person.”;

}

public void eat(){}

public void speak(){}

}

class Boy extends Person{

public String toString(){

return “I’m a boy”;

}

public void speak(){}

public void fight(){}

}

class Girl extends Person{

public String toString(){

return “I’m a girl”;

}

public void speak(){}

public void sing(){}

}

当这三个类被载入到 Java 虚拟机之后,方法区中就包含了各自的类的信息。Girl 和 Boy 在方法区中的方法表可表示如下:

图 3.Boy 和 Girl 的方法表

可以看到,Girl 和 Boy 的方法表包含继承自 Object 的方法,继承自直接父类 Person 的方法及各自新定义的方法。注意方法表条目指向的具体的方法地址,如 Girl 的继承自 Object 的方法中,只有 toString() 指向自己的实现(Girl 的方法代码),其余皆指向 Object 的方法代码;其继承自于 Person 的方法 eat() 和 speak() 分别指向 Person 的方法实现和本身的实现。

Person 或 Object 的任意一个方法,在它们的方法表和其子类 Girl 和 Boy 的方法表中的位置 (index) 是一样的。这样 JVM 在调用实例方法其实只需要指定调用方法表中的第几个方法即可。

如调用如下:

清单 2

class Party{

void happyHour(){

Person girl = new Girl();

girl.speak();

}

}

当编译 Party 类的时候,生成 girl.speak()的方法调用假设为:

Invokevirtual #12

设该调用代码对应着 girl.speak(); #12 是 Party 类的常量池的 索引 。JVM 执行该调用指令的过程如下所示:

图 4. 解析调用过程

JVM 首先查看 Party 的常量池索引为 12 的条目(应为 CONSTANT_Methodref_info 类型,可视为方法调用的符号引用),进一步查看常量池(CONSTANT_Class_info,CONSTANT_NameAndType_info ,CONSTANT_Utf8_info)可得出要调用的方法是 Person 的 speak 方法(注意引用 girl 是其基类 Person 类型),查看 Person 的方法表,得出 speak 方法在该方法表中的偏移量 15(offset),这就是该方法调用的直接引用。

当解析出方法调用的直接引用后(方法表偏移量 15),JVM 执行真正的方法调用:根据实例方法调用的参数 this 得到具体的对象(即 girl 所指向的位于堆中的对象),据此得到该对象对应的方法表 (Girl 的方法表 ),进而调用方法表中的某个偏移量所指向的方法(Girl 的 speak() 方法的实现)。

接口调用

因为 Java 类是可以同时实现多个接口的,而当用接口引用调用某个方法的时候,情况就有所不同了。Java 允许一个类实现多个接口,从某种意义上来说相当于多继承,这样同样的方法在基类和派生类的方法表的位置就可能不一样了。

清单 3

interface IDance{

void dance();

}

class Person {

public String toString(){

return “I’m a person.”;

}

public void eat(){}

public void speak(){}

}

class Dancer extends Person

implements IDance {

public String toString(){

return “I’m a dancer.”;

}

public void dance(){}

}

class Snake implements IDance{

public String toString(){

return “A snake.”;

}

public void dance(){

//snake dance

}

}

图 5.Dancer 的方法表

可以看到,由于接口的介入,继承自于接口 IDance 的方法 dance()在类 Dancer 和 Snake 的方法表中的位置已经不一样了,显然我们无法通过给出方法表的偏移量来正确调用 Dancer 和 Snake 的这个方法。这也是 Java 中调用接口方法有其专有的调用指令(invokeinterface)的原因。

Java 对于接口方法的调用是采用搜索方法表的方式,对如下的方法调用

invokeinterface #13

JVM 首先查看常量池,确定方法调用的符号引用(名称、返回值等等),然后利用 this 指向的实例得到该实例的方法表,进而搜索方法表来找到合适的方法地址。

因为每次接口调用都要搜索方法表,所以从效率上来说,接口方法的调用总是慢于类方法的调用的。

文章来源:智云一二三科技

文章标题:Java动态多态原理

文章地址:https://www.zhihuclub.com/197282.shtml

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