Java 中的向上转型和向下转型-工具盒子

1、简介 {#1简介}

了解如何处理 Java 类型层次结构中的对象对于编写灵活和可维护的代码至关重要。在这个领域中，两个基本概念是向上转型（Upcasting）和向下转型（Downcasting）。

本文将带你深入了解这些概念，探索它们之间的区别，以及它们在 Java 中的原理。

2、Java 中的类型转换 {#2java-中的类型转换}

Java 是一种面向对象的编程语言（Object Oriented Programming，OOP），允许在其类型系统中将一种类型转换为另一种类型。转换是将一种类类型的引用转换为另一种类类型的过程。具体来说，Java 中主要有两种类型的转换：向上转型（Upcasting）和向下转型（Downcasting）。

假设我们有一个类的层次结构，其中 Dog 是 Animal 的子类。下图显示了向上转型（Upcasting）和向下转型（Downcasting）在这个层次结构中的工作原理：

ava 类型系统中的向上转型（Upcasting）和向下转型（Downcasting）

向上转型（Upcasting）箭头从 Dog 类移动到 Animal 类，显示了子类引用（Dog）如何泛化为父类引用（Animal）。而，向下转型（Downcasting）箭头从 Animal 类返回 Dog 类，显示父类引用（Animal）如何再次被指定为子类引用（Dog）。

但是，如果尝试使用 Animal 引用实例化 Dog 对象，则会因类型不兼容而导致编译错误。

Dog dog = new Animal(); //异常 ClassCastException

3、Java 向上转型 {#3java-向上转型}

向上转型（Upcasting）是指将子类引用转换为父类引用。这种类型的转换是隐式的，在处理多态性时经常使用它。

向上转型（Upcasting）允许我们将一个子类的对象当作一个父类的对象来处理：

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

class Dog extends Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("Bark");
    }

    public void fetch() {
        System.out.println("Dog fetches");
    }
}

如上，定义了两个类：Animal 和 Dog。Animal 类有一个 makeSound() 方法，用于打印 "Animal sound（动物的声音）"，Dog 类继承了 Animal，它覆写了 makeSound() 方法，打印 "Bark（狗叫）"，并引入了一个新方法 fetch()，用于打印 "Dog fetches"。

Animal myDog = new Dog();
myDog.makeSound();

如上例，创建了一个 Dog 类的实例，并将其赋值给一个 Animal 类型的变量。当我们调用 myDog 的 makeSound() 方法时，它会调用 Dog 类中的重载方法，在控制台中打印 "Bark"。

4、Java 向下转型 {#4java-向下转型}

相反，向下转型（Downcasting）则是将父类引用转换回子类引用。与向上转型不同，向下转型是显式的，需要小心处理。因此，必须确保被传递的对象与目标类型相匹配，以避免发生 ClassCastException。

当需要访问父类中没有的子类的特定方法或字段时，就会使用向下转型（强制转型）：

Animal myAnimal = new Dog();
// 强制把 Animal 类型的 myAnimal 对象转换为 Dog 对象
Dog myDog2 = (Dog) myAnimal;
myDog2.makeSound();
myDog2.fetch();

如上，首先将 Dog 对象向上转型为 Animal 引用。然后，将它强制转换（向下转型）为 Dog 引用。这种方式允许我们同时调用 makeSound() 方法（从 Animal 类继承）和 fetch() 方法（Dog 类特有）。

通过向下转型，可以重新访问子类的方法和字段。

5、向上转型和向下转型 {#5向上转型和向下转型}

向上转型和向下转型的主要区别和特点如下表：

| 特点 | 向上转型 | 向下转型 | |----------|---------------------------------|------------------------------------------| | 定义 | 将子类引用转换为父类引用 | 将父类引用转换为子类引用 | | 隐式或显式 | 隐式 | 显式 | | 常见用法 | 在多态中使用，用于将对象泛化 | 用于访问特定子类的功能 | | 类型安全 | 安全，无需类型检查 | 需要类型检查以避免 ClassCastException | | 对子类方法的访问 | 只能访问父类方法 | 允许访问子类特有的方法和字段 | | 示例场景 | 将 Dog 对象传递给参数为 Animal 对象的方法 | 将 Animal 引用强制转换为 Dog，以调用 Dog 的特定方法 | | 性能 | 由于没有运行时的类型检查，一般来说效率更高 | 由于运行时类型检查，效率略低 |