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Java多态之动态绑定

Java多态之动态绑定

目录

  • Java多态之动态绑定
    • 引用变量的类型
      • 编译时类型
      • 运行时类型
    • 方法绑定
      • 静态绑定
      • 动态绑定
      • 方法表

上篇回顾:多态是面向对象程序设计非常重要的特性,它让程序拥有 更好的可读性和可扩展性。

  • 发生在继承关系中。
  • 需要子类重写父类的方法。
  • 父类类型的引用指向子类类型的对象。
    自始至终,多态都是对于方法而言,对于类中的成员变量,没有多态的说法。
    上篇说到:一个基类的引用变量接收不同子类的对象将会调用子类对应的方法,这其实就是动态绑定的过程。在理解动态绑定之前,先补充一些概念。

引用变量的类型

引用类型的变量具有两种类型:编译时类型运行时类型。(也分别叫做声明类型和实际类型)举个简单的例子:

//假设Student类是Person类的子类
Person p = new Student();

编译时类型

  • 也叫声明类型,即由声明变量时的类型所决定。
  • 上式的Person即为引用变量p的编译时类型。

运行时类型

  • 也叫实际类型,即由指向对象的实际类型所决定。
  • 上式的Student即为引用变量p的运行时类型。

方法绑定

将方法调用同方法主体关联起来被称为绑定

静态绑定

在程序执行前进行绑定,叫做静态绑定,也称作前期绑定。在面向过程的语言中是默认的绑定方式。

在Java中,用private、static和final修饰的方法(static和final之后会做出总结)或构造器能够准确地让编译器调用哪个方法,就是静态绑定(static binding)。

动态绑定

在运行时根据对象的运行时类型进行绑定,叫做动态绑定,也叫做后期绑定。当然在Java中,除了静态绑定的那些方法,其他方法的调用方式就是动态绑定啦。

public class DynamicBinding {
    //Object是所有类的超类,根据向上转型,该方法可以接受任何类型的对象
    public static void test(Object x) {
        System.out.println(x.toString());
    }

    public static void main(String[] args) {
        test(new PrimaryStudent());//Student
        test(new Student());//Student
        test(new Person());//Person
        test(new Object());//java.lang.Object@1b6d3586
    }
}

class Person extends Object {
    @Override
    public String toString() {
        return "Person";
    }
    public void run(){}
    public void count(int a){}
}

class Student extends Person {
    @Override
    public String toString() {
        return "Student";
    }
    public void jump(){}
}

class PrimaryStudent extends Student {
}
  • 四句调用方法的语句中的形参,编译时类型都是Object。注意:引用变量只能调用编译时类型所具有的方法。
  • 它们运行时类型各不相同,所以解释运行器在运行时,会调用它们各自类型中重写的方法。
  • 相同的类型的引用变量,在调用同一个方法时,表现出不同的行为特征,这就是多态最直观的体现吧。

方法表

我们还可以发现,test(new PrimaryStudent());的运行结果是Student,,结果很明显,因为PrimaryStudent类中并没有重写父类的方法,如果采用动态绑定的方式调用方法,虚拟机会首先在本类中寻找适合的方法,如果没有,会一直向父类寻找,直到找到为止。

那么,每次调用时都要向上寻找,时间开销必然会很大。为此虚拟机预先为每个类都创建了方法表,其中列出了所有的方法签名(返回值类型不算)和实际调用的方法,这样子的话,在调用方法时直接查表就可以了。(值得一提的是,如果用super限定调用父类方法,那么将直接在实际类型的父类的表中查找)

  • 下面是Person类的方法表:
Person:
    //下面省略Object方法签名
    //xxx()-> Object.xxx()
    //方法签名->实际调用的方法
    toString()->Person.toString()
    run()->Person.run()
    count(int)->Person(int)
  • 下面是Student类的方法表:
Student:
    //下面省略Object方法签名
    //xxx()-> Object.xxx()
    //方法签名->实际调用的方法
    toString()->Student.toString()
    jump()->Student.jump()
    run()->Person.run()
    count(int)->Person(int)
  • 下面是PrimaryStudent类的方法表(PrimaryStudent类为空,直接继承Student类):
PrimaryStudentt:
    //下面省略Object方法签名
    //xxx()-> Object.xxx()
    //方法签名->实际调用的方法
    toString()->Student.toString()
    jump()->Student.jump()
    run()->Person.run()
    count(int)->Person(int)
  • 因此,在执行test(new PrimaryStudent());语句时,虚拟机将会提取PrimaryStudent的方法表。
  • 虚拟机将会在表中搜索定义toString签名的类。这时虚拟机已经知道需要调用Student类型的toString()方法。
  • 最后,调用方法,完毕。

动态绑定大大提升了程序的可扩展性,比如,我现在要新增一个Teacher类,可以直接让Teacher类继承于Person类,再用Object类的引用指向Teacher对象,而不用做其他的代码调整,动态绑定自动搞定,就相当舒服。

参考书籍:《Thinking in Java》、《Java核心技术卷I》

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