重新精读《Java 编程思想》系列之向上转型与向下转型

前言

今天重读了一下向上转型与向下转型，有些新的体会，了解了向上转型的好处，及如何向下转型。在此分享给大家。

向上转型

向上转型是用来表现新类和基类之间的关系。在传统中，由导出类转型成基类，在继承图中是向上移动的。因此称作向上转型。由于向上转型是从一个较专用类型向较通用类型转换，所以总是安全的。也就是说，导出类是基类的一个超集。它可能比基类含有更多的方法。但他必须具备基类中所含有的方法。
我们来看一个例子。

class Car {
    public void run() {
        System.out.println("这是父类run()方法");
    }
}

public class Benz extends Car {
    public void run() {
        System.out.println("这是Benz的run()方法");

    }

    public void price() {
        System.out.println("Benz:800000$");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Benz();
        car.run();
       //car.price();程序报错
    }
}

运行后输出。这是Benz的run()方法。
但是当我们用car这个对象去调用Benz类中price这个方法时，就会报错。
这就是因为我们此处进行的向上转型，car这个对象虽然指向子类，但是子类由于进行了向上转型，就失去了使用父类中所没有的方法的“权利”，在此处就是不能调用price()这个方法。
那么向上转型到底有什么用呢，到目前为止我们不仅看不到它的好处，反而发现使用了向上转型后反而不能调用子类所特有的方法了。那么向上转型的作用到底是什么呢，我们一起来看下面的代码：

class Car {
    public void run() {
        System.out.println("这是父类run()方法");
    }

    public void speed() {
        System.out.println("speed:0");
    }

}

class BMW extends Car {
    public void run() {
        System.out.println("这是BMW的run()方法");
    }

    public void speed() {
        System.out.println("speed:80");
    }
}

public class Benz extends Car {
    public void run() {
        System.out.println("这是Benz的run()方法");

    }

    public void speed() {
        System.out.println("speed:100");
    }

    public void price() {
        System.out.println("Benz:800000$");
    }

    public static void main(String[] args) {
        show(new Benz());//向上转型实现
        show(new BMW());
    }

    public static void show(Car car) {//父类实例作为参数
        car.run();
        car.speed();
    }
}

上面代码中

    public static void main(String[] args) {
        show(new Benz());
        show(new BMW());
    }

    public static void show(Car car) {
        car.run();
        car.speed();
    }

就体现了向上转型的优点，这也体现了Java抽象编程的思想。如果此处没有向上转型，要实现show每个子类的功能，那么有几个子类就要写多少函数。代码如下：

    public static void main(String[] args) {
        show(new Benz());
        show(new BMW());
    }

    public static void show(Benz benz) {
        benz.run();
        benz.speed();
    }
    public static void show(BMW bmw) {
        bmw.run();
        bmw.speed();
    }

试想一下，一旦有很多子类，那么这个工作量将会比没有使用向上转型大很多。这也表明向上转型还有个优点就是提高了代码的简洁性。
我们再来一种带着static的特殊调用情况。

public class Animal {
    
        String name = "我是动物";
        static int age = 20;
        public void eat() {
            System.out.println("动物可以吃饭");
        }
        public static void sleep() {
            System.out.println("动物可以睡觉");
        }

        public void run(){
            System.out.println("动物可以奔跑");
        }

        public static void main(String[] args) {
            Animal am = new Dog();
            am.eat();
            am.sleep();
            am.run();
            //am.watchdog();这里会报错
            System.out.println(am.name);
            System.out.println(am.age);
        }

}
class Dog extends Animal {
    String name = "小狗";
    static int age = 60;
    public void eat() {
        System.out.println("小狗可以吃饭");
    }
    public static void sleep() {
        System.out.println("小狗可以睡觉");
    }
    public void watchdog() {
        System.out.println("小狗可以看门");
    }

}

运行结果：

但是可以看到代码块中，直接调用Dog的watchdog()方法会报错。

这就是因为我们此处进行的向上转型，am这个对象虽然指向子类，但是子类由于进行了向上转型，就失去了使用父类中所没有的方法的“权利”，在此处就是不能调用watchdog()这个方法。
而且结果里也可以看到，睡觉是引用的父类“Animal”的睡觉方法，这是因为Animal的睡觉方法为静态方法，可以总结如下：
如果是访问成员变量，编译的话就是看父类，运行同样是看父类。
如果访问的方法，编译就看父类，运行则看子类。
如果是静态方法，编译和运行都是看父类。

向下转型

先看一个错误的例子

public class Animal {
    public void eat(){
        System.out.println("Animal eat()");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void eat(){
        System.out.println("Dog eat");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //向下转型
        Animal animal = new Animal();
        ((Dog)animal).eat();
    }
}

运行结果：
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.hello.test.Animal cannot be cast to com.hello.test.Dog
at com.hello.test.Test.main(Test.java:7)
从上述例子来看，Java似乎并不支持向下转型，真是如此吗？其实不然，Java同样支持向下转型，只是向下转型是有条件的——只有引用子类对象的父类引用才能被向下转型为子类对象。也就是说，向下转型之前，必须先向上转型。

public class Animal {
    public void eat(){
        System.out.println("Animal eat()");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void eat(){
        System.out.println("Dog eat");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //向上转型
        Animal animal = new Dog();
        //向下转型
        ((Dog)animal).eat();
    }
}

运行结果：
Dog eat