细说 Java Overload 与 Override 差别

ImportNew ImportNew 2019-08-28

(给ImportNew加星标,提高Java技能)

编译:ImportNew/唐尤华

software.rajivprab.com/2019/08/14/nuances-of-overloading-and-overriding-in-java/


Java 编程五年多,我自以为已经熟谙 Overload 和 Override 背后的工作机制。当开始思考和记录下面这些案例时,才意识到我对它们的了解并不像自己想象的那样。为了让内容更有趣,下面会把它们列为一系列谜题,同时也提供了答案。如果你能不偷看做出所有答案,我会对你刮目相看。


1. 单一分派


给定下面两个类:


class Parent {
void print(String a) { log.info("Parent - String"); }
void print(Object a) { log.info("Parent - Object"); }
}
class Child extends Parent {
void print(String a) { log.info("Child - String"); }
void print(Object a) { log.info("Child - Object"); }
}


下面代码打印结果是什么?


String string = "";
Object stringObject = string;
// 打印结果是什么?
Child child = new Child();
child.print(string);
child.print(stringObject);
Parent parent = new Child();
parent.print(string);
parent.print(stringObject);


答案:

child.print(string);        // Prints: "Child - String"
child.print(stringObject); // Prints: "Child - Object"
parent.print(string); // Prints: "Child - String"
parent.print(stringObject); // Prints: "Child - Object"


child.print(string) parent.print(string) 是 Java 面向对象程序编程的教科书式示例。调用的方法取决于实例的“实际”类型,而非“声明”类型。也就是说,不论把变量定义为 Child 还是 Parent,因为实际的实例类型是Child 都会调用 Child::print


第二组输出结果更为棘手。stringObject string 是完全相同的字符串,唯一的区别在于 string 声明为 String,而 stringObject 声明为 Object。Java 不支持双重分派(double-dispatch),因此在处理方法参数时,参数的“声明”类型优先于“实际”类型。即使参数“实际”类型是 String 还是会调用 print(Object)


2. 隐式 Override


给定下面两个类:


class Parent {
void print(Object a) { log.info("Parent - Object"); }
}
class Child extends Parent {
void print(String a) { log.info("Child - String"); }
}


下面代码打印结果是什么?


String string = "";
Parent parent = new Child();
parent.print(string);


答案:


parent.print(string);  // Prints: "Parent - Object"


实例的“实际”类型是 Child,声明的参数类型是 String。代码中确实有一个 Child::print(String) 方法。前面的例子中 parent.print(string) 调用的正是这个方法,但这里不是。


检查子类 Override 前,Java 似乎要先选择调用哪个方法。这种情况下,实例声明的类型是 Parent,而 Parent 中唯一匹配的方法是 Parent::print(Object)。接着,Java 会检查 Parent::print(Object) 有没有潜在的 Override 方法,结果没有找到。因此,最后执行的就是这个方法。


3. 显式 Override


给定下面两个类:


class Parent {
void print(Object a) { log.info("Parent - Object!"); }
void print(String a) { throw new RuntimeException(); }
}
class Child extends Parent {
void print(String a) { log.info("Child - String!"); }
}


下面代码打印结果是什么?


String string = "";
Parent parent = new Child();
parent.print(string);


答案:


parent.print(string);  // Prints: "Child - String!"


这个例子与前面的唯一区别在于添加了一个新的 Parent::print(String) 方法。实际上这个方法从来没有执行。如果运行,会抛出一个异常。然而,正是因为它的存在让 Java 执行了一个不同的方法。


运行时在分析 parent.print(String) 的时候,找到了一个可以匹配的 Parent::print(String) 方法,然后看到这个方法被 Child::print(String) 覆写。


通常认为如果不调用,只是添加一个新方法绝不会改变系统行为。上面的例子显然是另一种情况。


4. 带有歧义的参数


给定下面的类:


class Foo {
void print(Cloneable a) { log.info("I am cloneable!"); }
void print(Map a) { log.info("I am Map!"); }
}


下面代码打印结果是什么?


HashMap cloneableMap = new HashMap();
Cloneable cloneable = cloneableMap;
Map map = cloneableMap;
// 打印结果是什么?
Foo foo = new Foo();
foo.print(map);
foo.print(cloneable);
foo.print(cloneableMap);


答案:


foo.print(map);           // Prints: "I am Map!"
foo.print(cloneable); // Prints: "I am cloneable!"
foo.print(cloneableMap); // 编译失败


与单一分派类似,参数声明的类型优先于实际类型。如果传入参数有多个方法可以匹配,Java 会抛出编译错误,要求明确指定调用哪个方法。


5. 多重继承:接口


给定下面的接口:


interface Father {
default void print() { log.info("I am Father!"); }
}
interface Mother {
default void print() { log.info("I am Mother!"); }
}
class Child implements Father, Mother {}


下面代码打印结果是什么?


new Child().print();


与前面的例子类似,这个示例也不能编译通过。具体来说,由于 Father Mother 中存在互相冲突的默认方法,Child 类无法编译通过。需要在 Child 类定义中明确指定 Child::print


6. 多重继承:类与接口


给定下面的类和接口:

class ParentClass {
void print() { log.info("I am a class!"); }
}
interface ParentInterface {
default void print() { log.info("I am an interface!"); }
}
class Child extends ParentClass implements ParentInterface {}


下面代码打印结果是什么?


new Child().print();


答案:


new Child().print();  // Prints: "I am a class!"


说明:如果类和接口在继承时发生冲突,继承类优先。


7. Override 传递


给定下面的类:


class Parent {
void print() { foo(); }
void foo() { log.info("I am Parent!"); }
}
class Child extends Parent {
void foo() { log.info("I am Child!"); }
}


下面代码打印结果是什么?


new Child().print();


答案:


new Child().print();  // Prints: "I am Child!"


Override 对传递调用也有效。看过 Parent 定义的人可能认为 Parent::print 总是调用 Parent::foo。但是如果该方法被 Override,那么 Parent::print 将调用 Override 版本的 foo()


8. 私有 Override


给定下面的类:


class Parent {
void print() { foo(); }
private void foo() { log.info("I am Parent!"); }
}
class Child extends Parent {
void foo() { log.info("I am Child!"); }
}


下面代码打印结果是什么?

new Child().print();


答案:


new Child().print();  // Prints: "I am Parent!"


现在 Parent.foo() 声明变为 private,除此之外,这个示例与前面的例子完全相同。无论 foo() 在子类中是否实现了其它版本,也不管调用 print() 的实例类型如何,当 Parent.print() 调用 foo() 时,foo() 都会硬编码为 Parent.foo()


通常认为,把一个方法从 public 改为 private,只要编译成功,仅仅是一次重构。上面的例子证明这种想法是错的:即使编译成功,系统行为也可能出现意料之外的变化。


解决方法,可以为方法加上 @Override 注解。一旦改变基类方法的可见性,就会引起编译错误。


9. 静态 Override


给定下面的类:


class Parent {
static void print() { log.info("I am Parent!"); }
}
class Child extends Parent {
static void print() { log.info("I am Child!"); }
}


下面代码打印结果是什么?


Child child = new Child();
Parent parent = child;
parent.print();
child.print();


答案:


parent.print(); // Prints: "I am Parent!"
child.print(); // Prints: "I am Child!"


Java 不支持静态方法 Override。如果父类和子类中定义了相同的静态方法,仅根据声明类型决定调用哪个方法,不考虑实例类型。


这与非静态方法的处理完全相反:非静态方法会依据实例类型决定调用哪个方法,忽略声明类型。因此,把方法改为静态方法或者反向操作需要格外小心。即使没有编译错误,系统行为也可能出现意料之外的变化。


这也是给方法加上 @Override 注解的另一个重要原因。上面的例子中,如果为 Child::print 加上注解会报告一个编译错误:静态方法不能 Override。


不仅如此,最佳实践也要求不使用实例调用静态方法:不仅可能导致类似上面的意外结果,在重构出现问题时也无法告警。示例中这样调用 static 方法时,像 Intellij 这样的 IDE 会给出警告,最好给予足够的重视并处理。


10. 静态链接


给定下面的类:


class Parent {
void print() { staticMethod(); instanceMethod(); }
static void staticMethod() { log.info("Parent::staticMethod"); }
void instanceMethod() { log.info("Parent::instanceMethod"); }
}
class Child extends Parent {
static void staticMethod() { log.info("Child::staticMethod"); }
void instanceMethod() { log.info("Child::instanceMethod"); }
}


下面代码打印结果是什么?


Child child = new Child();
child.print();


答案:


Parent::staticMethod
Child::instanceMethod


这个例子组合了之前讨论的各个主题。即使调用方法在父类中,Override 也会生效。然而,对于静态方法,即使变量声明的类型是 Child 仍然调用的是 Parent::staticMethod


11. 总结


如果说有什么值得注意的话,那就是处理继承非常棘手,而且很容易出错。如果试图在继承上耍小聪明,总有一天会吃苦头。还是建议循规蹈矩,用最佳实践来保护自己:


  1. 用@override 注解标记所有 Override 方法

  2. 始终用类而非实例调用静态方法

  3. 在 IDE 中设置警告或者 lint 错误,强制执行上面的规则检查有问题的代码

  4. 能用组合就不要继承


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