多型
編譯類型 與 執行類型
編譯類型，英文是Compile-time type。
執行類型，英文是Runtime type。
什麼是編譯類型？什麼是執行類型？
下方的程式碼，等號左邊是編譯類型，等號右邊是執行類型。
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編譯類型 = 執行類型
Parent parent = new Child();
說白話一點就是，雖然類型是父類別，但實際上指向的是子類別物件。
多型就是，物件的「類型是父類別」，但實際上是用「子類別」的「建構子建立」物件。
Memory Layout
Prerequisites:
下面的程式碼有Animal、Dog，Dog繼承Animal。
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class Animal {
int i = 10; // 父類欄位
void speak() {
System.out.println(i);
}
}
class Dog extends Animal {
int i = 5; // 子類同名欄位
}
Dog Memory Layout如下:
記憶體開始位置/ 佔記憶體大小/ 型別/ 變數/ 存放的值
OFF SZ TYPE DESCRIPTION VALUE
0 8 (object header: mark) 0x0000000000000001 (non-biasable; age: 0)
8 4 (object header: class) 0x010033f8 Dog方法記憶體位址
12 4 int Animal.i 10
16 4 int Dog.i 5
20 4 (object alignment gap)
物件大小Instance size: 24 bytes
發現Dog物件中有二個變數，一個變數值為10，來自父類別Animal.i，另一個變數值為5是自己的Dog.i。
記憶體開始位置/ 佔記憶體大小/ 型別/ 變數/ 存放的值
OFF SZ TYPE DESCRIPTION VALUE
12 4 int Animal.i 10
16 4 int Dog.i 5
反射
使用反射知道子類繼承那些方法。
javap
使用javap知道執行時物件是誰？執行的方法是來自那個物件。
Dog繼承Animal，執行時使用多型，變數類型是父類Animal，指向Dog物件。
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class Animal {
public void speak() { System.out.println("Animal sound"); }
public void eat() { System.out.println("Animal eating"); }
}
class Dog extends Animal {
@Override
public void speak() { System.out.println("Bark!"); }
public void fetch() { System.out.println("Fetching..."); }
}
public class Test1 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Animal a = new Dog(); // 多型
a.speak(); // 輸出: Bark!
Thread.sleep(5 * 60 * 1000); // 讓程序一直執行
}
}
編譯以上程式碼
javac Test1.java
執行javap
javap -c -v Test1
實際呼叫的是Dog()建構子，但使用父類別Animal.speak()。
#3 = Methodref #2.#20 // Dog.<init>:()V
#4 = Methodref #22.#23 // Animal.speak:()V
#20 = NameAndType #10:#11 // "<init>":()V
#21 = Utf8 Dog
#22 = Class #29 // Animal
#23 = NameAndType #30:#11 // speak:()V
0: new #2 // class Dog
4: invokespecial #3 // Method Dog."<init>":()V
9: invokevirtual #4 // Method Animal.speak:()V
vtable
在Memory Layout中，從8byte開始到11byte結束，佔了4個byte記憶體空間，存放的是vtable的記憶體位址，什麼是vtable？
儲存Dog物件的所有方法。
以下表格第4行為vtable的記憶體位置。
Dog Memory Layout如下:
記憶體開始位置/ 佔記憶體大小/ 型別/ 變數/ 存放的值
OFF SZ TYPE DESCRIPTION VALUE
0 8 (object header: mark) 0x0000000000000001 (non-biasable; age: 0)
8 4 (object header: class) 0x010033f8 <- Dog物件的所有方法 記憶體位址
12 4 int Animal.i 10
16 4 int Dog.i 5
20 4 (object alignment gap)
物件大小Instance size: 24 bytes
由於呼叫vtable語法太困難了，以下的vtable是AI模擬出來。
從下面可以發現，Dog有三個方法，分別是equals(), hashCode(), speak()。
vtable for Dog:
[0] Object.equals()@addr1 # 繼承自 Object
[1] Object.hashCode()@addr2 # 繼承自 Object
[2] Animal.speak()@addr3 # 繼承自 Animal
由於Dog沒有覆寫父類別的speak()方法，因為在vtable中，speak()方法是來自父類別Animal。
因此以下程式碼執行時，會去看Dog的vtable中的speak()方法，然後才知道要去呼叫Animal.speak()，因為是呼叫Animal類別，所以使用的是Animal類別中的i屬性，印出的結果是10。
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class Animal {
int i = 10; // 父類欄位
void speak() {
System.out.println(i);
}
}
class Dog extends Animal {
int i = 5; // 子類同名欄位
}
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public class Test2 {
public static void main(String[] args) {
Animal myPet = new Dog(); // 多型
myPet.speak(); // 輸出：10（非 5！）
}
}
覆寫之後的vtable
若是Dog類別有覆寫speak()方法，vtable裝的是什麼？
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class Dog extends Animal {
int i = 5; // 子類同名欄位
void speak() { System.out.println(i); }
}
vtable for Dog:
[0] Animal.equals()@123456 # 繼承自 Object
[1] Animal.hashCode()@234567 # 繼承自 Object
[2] Dog.speak()@345678
由上面可以發現，vtable[2]已經變成Dog.speak()。
執行以下程式碼，結果為5，因為是呼叫Dog類別，所以使用的是Dog類別中的i屬性。
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public class Test2 {
public static void main(String[] args) {
Animal myPet = new Dog(); // 多型
myPet.speak();
}
}
父類別轉型子類別
自動轉型
子類別轉父類別只會有一個父類別，因此使用自動轉型。
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// 以下是自動轉型
Animal myPet = new Dog();
強制轉型
父類別下面會有多個子類別，不確定要轉成那個子類別，因此採用強制轉型，也就是使用括號，括號中是要轉型的(子類別)。
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Animal myPet = new Dog();
// 強制轉型成子類別
Dog dog = (Dog) myPet;
強轉回子類別就可以用子類別的屬性與方法。