多态让”同一个父类引用，装不同子类对象，表现出不同行为”，是面向对象扩展性的核心。本篇拆解多态三要素、”编译看左边、运行看右边”的含义、转型与 instanceof 保护，再讲抽象类与接口的设计意图，并用模板方法模式把它们串起来。

本篇目标

  • 记住多态三要素，并理解每一条的必要性
  • 说清多态下成员变量、成员方法、静态方法的访问规则
  • 会用向上转型与 instanceof + 向下转型
  • 分清抽象类与接口的设计意图：is-a 与 like-a
  • 初识模板方法模式

多态三要素

多态即事物存在的多种形态，代码上体现为 Animal a = new Cat();。成立需要三个条件，缺一不可：要有继承关系（没有父类就没有”左边”）；要有方法重写（不重写，子类没有新行为，多态毫无意义）；要有父类引用指向子类对象（多态的书写形式本身）。

编译看左边，运行看右边

多态下的访问规则分三类。成员变量：编译看左边（父类得有这字段），运行也看左边（拿到的是父类字段值，变量不参与多态）。成员方法：编译看左边（父类必须有方法声明，否则编译失败），运行看右边（实际执行子类重写后的版本，即动态绑定）。静态方法：编译运行都看左边（静态属于类，不构成重写）。一句话：只有非静态成员方法是”编译看左边、运行看右边”。

这条规则解释了经典考题：Fu f = new Zi(); f.method(); 为何编译报错——父类 Fu 没有 method() 声明，左边这关就过不去。再如 B b = new C(); b.show(); 中若 show 内部又调了被 C 重写的 show2()，动态绑定依然生效，输出的是 C 的版本。

向上转型与向下转型

Animal a = new Cat(); 是向上转型，自动完成，代价是丢了子类特有功能——a 调不了 catchMouse()。想用回特有功能需向下转型：Cat c = (Cat) a;，前提是堆中对象真的是 Cat，否则运行期抛 ClassCastException。安全姿势是先 instanceof 判断：

if (a instanceof Cat) {
    Cat c = (Cat) a;
    c.catchMouse();
}

顺带一提：Java 16 起支持模式匹配，if (a instanceof Cat c) { c.catchMouse(); } 判断和转型一步完成，是现代写法的简化。

多态的好处与弊端

好处：提高维护性（继承保证）、提高扩展性（多态保证）。最直观的体现是方法形参写成父类：

public static void feed(Animal a) { a.eat(); }

传 Cat 是猫吃、传 Dog 是狗吃，未来新增 Pig 不用改 feed 一行代码。弊端也很直接：父类引用用不了子类特有行为，只能靠向下转型找补。

抽象类：看不懂但必须存在的父类

动物类的 eat() 怎么写？”动物吃饭”没有具体动作，说得清实现的是猫吃鱼、狗啃骨头。这种”看得懂声明、看不懂实现”的方法就该定义成抽象方法 public abstract void eat();，含抽象方法的类必须是抽象类 abstract class Animal。规则：抽象类不能 new，靠多态由具体子类实例化；子类要么也是抽象类，要么重写全部抽象方法；抽象类可以没有抽象方法（目的仅仅是禁止别人 new 它）；抽象类里成员变量、构造方法、普通方法都能有，构造方法留给子类 super() 初始化用。

abstract 不能和 final、private、static 共存：final 禁重写、private 继承不到、static 无对象可绑定，都与”强制子类重写”矛盾。抽象类的两类方法各司其职：抽象方法强制子类去做，非抽象方法让子类免费继承——约束与复用，一个类里全齐。

接口：对外提供的规则

接口是更纯粹的”规范”：interface 定义、implements 实现、不能实例化、按多态方式使用。传统接口的成员非常克制：变量默认 public static final（只能是常量），方法默认 public abstract（只能是抽象方法），没有构造方法。一个类可以在继承一个类的同时实现多个接口，接口之间还能多继承——Java 用接口绕开了类单继承的限制。

抽象类 vs 接口：设计意图不同

维度 抽象类 接口
关系 is-a，继承体系的共性 like-a，体系外的扩展能力
成员变量 变量、常量皆可 只有 public static final 常量
成员方法 抽象与非抽象皆可 传统上只有抽象方法
构造方法 有（给子类初始化用） 无
数量 单继承 多实现，接口间可多继承

设计理念：抽象类定义”这个体系是什么”，接口定义”体系之外还能干什么”。猫狗都要吃饭——进抽象类 Animal；只有部分动物会跳高——做成接口 Jumpping，谁需要谁 implements，不强塞给整个体系。时代演进要知道：Java 8 起接口可以有 default 和 static 方法，Java 9 起允许 private 方法，两者能力差距在缩小，但”单继承 vs 多实现””有状态 vs 无状态”的边界仍在。

模板方法模式初识

抽象类最经典的应用：父类把算法骨架写在 final 方法里，把可变步骤留给子类重写。

abstract class Exam {
    public final void takeExam() {   // 骨架固定，禁止重写
        question();
        answer();                    // 每个人的答案不同
    }
    public void question() { System.out.println("同一份试卷"); }
    public abstract void answer();   // 交给子类
}

new 出不同学生，takeExam() 流程完全一致，answer() 各不相同——这就是”好莱坞原则”：别来找我们，我们会去找你。后来的 Servlet、Spring 大量模板都建立在这个思想上。

经典练习：猫狗跳高

动物抽象类：姓名、年龄、抽象 eat()；猫狗继承并重写 eat()；跳高并非人人都有，定义接口 Jumpping（jump() 方法），让”参加培训”的猫实现它。测试类用 Animal a = new Cat(); 体会多态，再用 instanceof + 向下转型调 jump()——三要素、转型、抽象类、接口一次练全。

小结

  • 多态 = 继承 + 重写 + 父类引用指向子类对象；只有非静态成员方法”编译看左边、运行看右边”。
  • 向上转型自动但丢特性，向下转型先用 instanceof 保护（Java 16+ 可用模式匹配）。
  • 抽象类表达 is-a 的体系共性，可带状态与实现；接口表达 like-a 的扩展能力，可多实现。
  • 模板方法模式：父类定骨架、子类填细节，是抽象类的杀手级应用。