學習Java之如何正確地向上轉型與向下轉型

更新時間：2023年05月10日 09:35:45 作者：一一哥Sun

面向對象的第三個特征是多態(tài)，實現(xiàn)多態(tài)有三個必要條件：繼承、方法重寫和向上轉型，在學習多態(tài)之前，我們還要先學習Java的類型轉換，本篇文章就來帶大家認識什么是類型轉換，看看類型轉換都有哪幾種情況，以及如何避免類型轉換時出現(xiàn)異常

一. 類型轉型

將一個類型轉換成另一個類型的過程被稱為類型轉換。 我們所說的對象類型轉換，一般是指兩個存在繼承關系的對象，而不是任意類型的對象。如果兩個類型之間沒有繼承關系，就不允許進行類型轉換，否則會拋出強制類型轉換異常(java.lang.ClassCastException)。
Java語言允許某個類型的引用變量引用子類的實例，而且可以對這個引用變量進行類型轉換。Java中引用類型之間的類型轉換(前提是兩個類是直接或間接的父子關系)主要有兩種，分別是向上轉型(upcasting)和向下轉型(downcasting) 。

我們先來看下面這張圖：

貓、狗、牛、羊都是動物，所以”動物“是父類，貓狗牛羊是具體的子類。我們可以說貓是動物，狗是動物，牛是動物，羊是動物，這個結論肯定沒錯！但如果我們說，動物是貓，動物是狗，動物是牛，動物是羊，這個結論一定正確嗎？那可就不一定了。子類肯定符合父類類型，但反之，父類不一定符合子類類型！

接下來分別對向上轉型和向下轉型進行講解。

二. 向上轉型

1. 概念

所謂的向上轉型，就是父類引用指向子類的對象，也就是把子類對象直接賦給父類引用變量，此時不用強制轉換。比如我們說貓是動物，狗是動物，牛是動物，羊是動物，這就是把子類當成父類來用。父類是子類的上級，我們直接把子類向上提拔轉型了。

2. 特點

向上轉型具有如下特點：

編譯類型取決于=號左邊，運行類型取決于=號右邊；
子類可以調用父類的所有成員，但需遵守訪問權限；
父類不能調用子類的特有成員；
最終的運行效果取決于子類的具體實現(xiàn)。

3. 語法

向上轉型的基本語法如下所示：

//左側是父類引用變量，右側是創(chuàng)建的子類對象，我們可以把它當作父類使用

父類類型 引用名 = new 子類類型();

4. 案例

接下來我們通過一個案例來演示向上轉型該如何實現(xiàn)。

/**
 * @author 一一哥Sun 
 * 定義父類---向上與向下轉型
 */
public interface Animal {
    //叫
    public void speak();
}

//Dog類實現(xiàn)Animal接口
public class Dog implements Animal {
    @Override
    public void speak() {
	System.out.println("狗子：汪汪");
    }
}

//Cat類實現(xiàn)Animal接口
public class Cat implements Animal {
    @Override
    public void speak() {
	System.out.println("貓子：喵喵");
    }
}

//定義一個測試類
public class AnimalTest {
    public static void main(String[] args) {
	//向上轉型
	//父類引用dog變量，指向子類對象new Dog();
        //動物 = 狗；以下代碼的意思就是”狗是動物“
	Animal dog=new Dog();
        //向上轉型后，可以使用父類Animal中的屬性和方法。
	dog.speak();

	//Animal animal=new Cat();效果等同于如下兩行代碼：
	Cat cat=new Cat();
	Animal animal=cat;
	animal.speak();
    }
}

我們在進行向上轉型時，可以寫成Animal animal=new Cat(); Animal animal=cat;的形式。就是先創(chuàng)建出cat對象，然后再將cat對象賦值給Animal類型的變量，這樣就實現(xiàn)了向上轉型。因為Animal是父級類型，Cat是子級類型，Cat是Animal的子類，所以可以直接將cat變量賦值給animal，這就是向上轉型。但這種寫法比較繁瑣，我們通常是直接采用Animal cat=new Cat();的形式，簡潔明了。

我們之所以可以實現(xiàn)向上轉型，主要是因為兩個類型之間是父子關系。比如在本例中，向上轉型就等于說”貓是動物，狗是動物“，因為貓狗都是動物的子類，所以這個結論是確定無誤的。

三. 向下轉型

1. 概念

向下轉型則反之，也就是一個已經向上轉型的子類對象指向父類引用。 向下轉型后，可以調用子類類型中所有的成員。向下轉型時，必須進行強制類型轉換。因為父類擁有的成員，子類肯定會有，但子類擁有的成員，父類不一定有。

但要注意，如果父類的引用對象指向的是子類對象，則向下轉型時是安全的，即編譯時不會出現(xiàn)錯誤。但如果父類的引用對象是父類本身，那么在向下轉型的過程中是不安全的，雖然編譯時不會出錯，但在運行過程中會出現(xiàn)強制類型轉換異常。我們可以使用instanceof運算符來避免出現(xiàn)強制類型轉換異常。

2. 特點

向下轉型具有如下特點：

只能強制轉換父類的引用，不能強制轉換父類的對象；
父類的引用必須指向子類目標類型的對象；
向下轉型后，父類可以調用子類類型中的所有成員。

3. 語法

向下轉型的基本語法如下所示：

//向下轉型使用強制類型轉換的格式，將父類引用類型轉換為子類引用類型

子類類型 引用名 = (子類類型) 父類引用;

4. 案例

接下來我們在上面的案例基礎之上，對代碼進行改造，在Cat類中增加一個新的方法。

public class Cat implements Animal {
    @Override
    public void speak() {
	System.out.println("貓子：喵喵");
    }

    //給其他動物打招呼
    public void helloAnimal(Animal animal) {
	//向下轉型，將父類型轉為子類型。
	//此時有可能會出現(xiàn)ClassCastException類型轉換異常，因為子類一定屬于父類的一員，但父類不一定屬于子類。
	//我們說“貓是動物”一定沒問題，但如果說“動物是貓”，這個結論未必正確。所以把“動物強轉成貓”的過程中，有可能會出現(xiàn)異常。
	//只有兩者之間具有明確的父子關系時才能進行強轉，否則就會出現(xiàn)類型轉換異常。
		
	//向下轉型時需要進行類型強轉
	Cat cat=(Cat) animal;
        //向下轉型后，可以使用子類Cat中的屬性和方法。
	cat.speak();
    }
}

//測試類
public class AnimalTest {
    public static void main(String[] args) {
	Animal animal=new Cat();
	animal.speak();
		
	Cat cat=new Cat();
        //這里我們傳參時，既可以傳遞animal，也可以傳遞cat，但不能傳遞dog類型,否則會出現(xiàn)java.lang.ClassCastException: 
	//因為class com.yyg.convert.Dog cannot be cast to class com.yyg.convert.Cat。狗不能被轉成貓
	//cat2.helloAnimal(dog);
	cat.helloAnimal(animal);

        //Dog dog = new Dog();
	//這里就會編譯出錯，不允許把Dog對象類型轉換成Cat對象類型
	//Cat cat = (Cat)dog;    
    }
}

向下轉型就是將父類型轉為子類型，但要注意，此時有可能會出現(xiàn)ClassCastException類型轉換異常，因為子類一定屬于父類的一員，但父類不一定屬于子類。我們說“貓是動物”一定沒問題，但如果說“動物是貓”，這個結論未必正確。所以把“動物強轉成貓”的過程中，有可能會出現(xiàn)異常。只有兩者之間具有明確的父子關系時才能進行強轉，否則就會出現(xiàn)類型轉換異常。

就比如上面的案例中，我們傳參時，既可以傳遞animal，也可以傳遞cat，但不能傳遞dog類型，否則會出現(xiàn)java.lang.ClassCastException，因為class com.yyg.convert.Dog cannot be cast to class com.yyg.convert.Cat，狗類不能被轉成貓類。