Java 中的 Class.cast() 方法和 Cast（转换）操作符-工具盒子

1、简介 {#1简介}

Java 中的转换（"Cast"）是一个基本概念，它允许将一种数据类型转换为另一种数据类型。它是在程序中有效操作对象和变量的关键过程。在现实世界中，"Cast" 类似于将一种单位的度量值转换为另一种单位的度量值，例如将英寸转换为厘米。

在 Java 的多态（Polymorphism）中，当超类引用子类的对象时，经常会使用到转换。例如，我们需要访问子类的特定方法或属性，就需要依靠转换来实现。这一点非常重要，因为 Java 是一种强类型语言，变量具有特定的数据类型。

本文将带你了解 Java Class.cast() 方法和 Cast（强转）操作符两个选项用法和差别，以及每个选项的最佳实践。

2、定义用例 {#2定义用例}

以一个视频游戏角色的层次结构为例。

创建一个包含了超类 Character（角色）和子类 Warrior（战士）、Commander（指挥官）的示例。

该用例涉及创建 Warrior 和 Commander 的实例。这些实例存储在 Character 对象类型的集合中。之后，它们会被检索并转换回各自的特定类型。这种转换允许调用特定子类的方法。

3、定义 Model 类 {#3定义-model-类}

首先，定义第一个继承自 Character 的子类，即实现了 obeyCommand() 方法的 Warrior：

public class Warrior extends Character {
    public void obeyCommand(String command) {
        logger.info("Warrior {} obeys a command {}", this.getName(), command); 
    }
}

然后，创建 Character 的第二个子类，即 Commander。这个子类实现了一个 issueCommand() 方法，可以向战士们发布命令：

public class Commander extends Character {
    public void issueCommand(String command) {
        log.info("Commander {} issues a command {}: ", this.getName(), command); 
    }
}

4、Cast（转换）操作符 {#4cast转换操作符}

在 Java 中，转换（cast ）操作符是将一种对象类型转换为另一种对象类型的直接选择。我们使用括号来指定目标类型。

为了演示这一点，让我们编写一个新类 PlayGame，创建几个角色（每种类型一个）。然后，它会根据角色是 Warrior 还 Commander，尝试执行命令或发出随机命令。

首先，在 PlayGame 中创建一些角色：

public class PlayGame { 
    public List<Character> buildCharacters() { 
        List<Character> characters = new ArrayList<>(); 
        characters.add(new Commander("Odin")); 
        characters.add(new Warrior("Thor")); 
        return characters; 
    } 
}

现在，我们要添加根据每个角色进行游戏的功能。根据角色的不同，要么执行给定的命令，要么发出新的命令。

使用转换（cast ）操作符：

public void playViaCastOperator(List<Character> characters, String command) { 
    for (Character character : characters) {
        if (character instanceof Warrior) { 
            // 转换为 Warrior
            Warrior warrior = (Warrior) character; 
            warrior.obeyCommand(command); 
        }
        else if (character instanceof Commander) { 
            // 转换为 Commander
            Commander commander = (Commander) character; 
            commander.issueCommand(command); 
        }
    } 
}

在上面的代码中，我们使用了一种称为向下转型（downcasting）的方法，这意味着我们将父类的实例限制为派生类。这样可用的操作仅限于派生类的方法。

实现步骤：

在 PlayGame 类中，定义了一个方法 playViaCastOperator()，它接收一个 Character 列表和一条命令
遍历角色列表，并根据角色是 Warrior 还是 Commander 执行特定操作。使用 instanceof 关键字来确认类型
如果角色是 Warrior，就用 cast 运算符 (Warrior) 获得 Warrior 实例，并调用其 obeyCommand() 方法
如果角色是 Commander，就使用 cast 运算符 (Commander) 获得 Commander 实例，并调用其 issueCommand() 方法

5、Class.cast() 方法 {#5classcast-方法}

来看看如何使用 java.lang.Class.cast() 方法实现同样的效果。

现在，在 PlayGame 类中添加新的 playViaClassCast() 方法：

public void playViaClassCast(List<Character> characters, String command) {
    for (Character character : characters) {
        if (character instanceof Warrior) {
            // 转换为 Warrior
            Warrior warrior = Warrior.class.cast(character);
            warrior.obeyCommand(command);
        } else if (character instanceof Commander) {
            // 转换为 Commander
            Commander commander = Commander.class.cast(character);
            commander.issueCommand(command);
        }
    }
}

如上，使用 Class.cast() 将 Character 转换为 Warrior 或 Commander。

6、Class.cast() 与 cast 运算符 {#6classcast-与-cast-运算符}

根据不同的标准来比较这两种方法：

| 标准 | Class.cast() | cast 操作符 | |---------|---------------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------| | 可读性和简洁性 | 使类型转换清晰明确，尤其是在复杂的或泛型代码中，因为类型安全是个问题 | 用于简单的转换操作，在编译时类型已知，有利于可读性 | | 类型安全 | 通过显式类型检查，提供更好的类型安全性。这在泛型编程中尤其有用，因为在泛型编程中，类型在运行前是未知的，这就确保了类型安全的转换，避免了类转换问题 | 不提供显式类型检查，如果误用，可能导致 ClassCastException 异常 | | 性能 | 由于额外的方法调用，会增加少量开销，但这通常是次要的，在复杂的情况下，类型安全更为重要 | 由于是直接转换，因此在性能上略有优势，但在大多数实际应用中，这种差异可以忽略不计 | | 代码可维护性 | 提高复杂或泛型代码的清晰度，使其更易于维护和调试类型问题 | 在简单的场景中更易于使用和理解，使代码维护变得更简单，从而实现直接转换 | | 灵活性 | 更适合泛型编程或严重依赖反射的框架，确保类型安全和清晰 | 不是泛型编程的最佳选择 |

在进行类型转换之前，我们应该始终通过 instanceof 运算符验证类型，以避免类转换异常。利用库和框架可以更加健壮地处理类型转换和类型检查。