Полиморфизм и переопределение

— Амиго, ты любишь китов?

— Китов? Не, не слышал.

— Этот как корова, только больше и плавает. Кстати, киты произошли от коров. Ну, или имели общего с ними предка. Не столь важно.

— Так вот. Хочу рассказать тебе об еще одном очень мощном инструменте ООП – это полиморфизм. У него есть особенности.

1) Переопределение метода.

Представь, что ты для игры написал класс «Корова». В нем есть много полей и методов. Объекты этого класса могут делать разные вещи: идти, есть, спать. Еще коровы звонят в колокольчик, когда ходят. Допустим, ты реализовал в классе все до мелочей.

А тут приходит заказчик проекта и говорит, что хочет выпустить новый уровень игры, где все действия происходят в море, а главным героем будет кит.

Ты начал проектировать класс «Кит» и понял, что он лишь немного отличается от класса «Корова». Логика работы обоих классов очень похожа, и ты решил использовать наследование.

Класс «Корова» идеально подходит на роль класса-родителя, там есть все необходимые переменные и методы. Достаточно только добавить киту возможность плавать. Но есть проблема: у твоего кита есть ноги, рога и колокольчик. Ведь эта функциональность реализована внутри класса «Корова». Что тут можно сделать?

К нам на помощь приходит переопределение (замена) методов. Если мы унаследовали метод, который делает не совсем то, что нужно нам в нашем новом классе, мы можем заменить этот метод на другой.

Как же это делается? В нашем классе-потомке мы объявляем такой же метод, как и метод класса родителя, который хотим изменить. Пишем в нем новый код. И все – как будто старого метода в классе-родителе и не было.

Вот как это работает:

class Cow {
  public void printColor() {
    System.out.println("Я - белая");
  }

  public void printName() {
    System.out.println("Я - корова");
  }
}

class Whale extends Cow {
  public void printName() {
    System.out.println("Я - кит");
  }
}

public static void main(String[] args) {
  Cow cow = new Cow();
  cow.printName();
}

public static void main(String[] args) {
  Whale whale = new Whale();
  whale.printName();
}

После наследования класса Cow и переопределения метода printName, класс Whale фактически содержит такие данные и методы:

class Whale {
  public void printColor() {
    System.out.println("Я - белая");
  }

  public void printName() {
    System.out.println("Я - кит");
  }
}

— Честно говоря, ожидаемо.

2) Но это еще не все.

— Предположим в классе Cow есть метод printAll, который вызывает два других метода, тогда код будет работать так:

На экран будет выведена надпись Я – белая Я – кит

class Cow {
  public void printAll() {
    printColor();
    printName();
  }

  public void printColor() {
    System.out.println("Я - белая");
  }

  public void printName() {
    System.out.println("Я - корова");
  }
}

class Whale extends Cow {
  public void printName() {
    System.out.println("Я - кит");
  }
}

public static void main(String[] args) {
  Whale whale = new Whale();
  whale.printAll();
}

Обрати внимание, когда вызываются метод printAll() написанный в классе Cow, у объекта типа Whale, то будет использован метод printName класса Whale, а не Cow.

Главное, не в каком классе написан метод, а какой тип (класс) объекта, у которого этот метод вызван.

— Ясно.

— Наследовать и переопределять можно только нестатические методы. Статические методы не наследуются и, следовательно, не переопределяются.

Вот как выглядит класс Whale после применения наследования и переопределения методов:

class Whale {
  public void printAll() {
    printColor();
    printName();
  }

  public void printColor() {
    System.out.println("Я - белая");
  }

  public void printName() {
    System.out.println("Я - кит");
  }
}

3) Приведение типов.

Тут есть еще более интересный момент. Т.к. класс при наследовании получает все методы и данные класса родителя, то объект этого класса разрешается сохранять (присваивать) в переменные класса родителя (и родителя родителя, и т.д., вплоть до Object). Пример:

public static void main(String[] args) {
  Whale whale = new Whale();
  whale.printColor();
}

public static void main(String[] args) {
  Cow cow = new Whale();
  cow.printColor();
}

public static void main(String[] args) {
  Object o = new Whale();
  System.out.println(o.toString());
}

— Очень интересно. А зачем это может понадобиться?

— Это ценное свойство. Позже ты поймешь, что очень, очень ценное.

4) Вызов метода объекта (динамическая диспетчеризация методов).

Вот как это выглядит:

public static void main(String[] args) {
  Whale whale = new Whale();
  whale.printName();
}

public static void main(String[] args) {
  Cow cow = new Whale();
  cow.printName();
}

Обрати внимание, что на то, какой именно метод printName вызовется, от класса Cow или Whale, влияет не тип переменной, а тип – объекта, на который она ссылается.

В переменной типа Cow сохранена ссылка на объект типа Whale, и будет вызван метод printName, описанный в классе Whale.

— Это не просто для понимания.

— Да, это не очень очевидно. Запомни главное правило:

Набор методов, которые можно вызвать у переменной, определяется типом переменной. А какой именно метод/какая реализация вызовется, определяется типом/классом объекта, ссылку на который хранит переменная.

— Попробую.

— Ты будешь постоянно сталкиваться с этим, так что скоро поймешь и больше никогда не забудешь.

5) Расширение и сужение типов.

Для ссылочных типов, т.е. классов, приведение типов работает не так, как для примитивных типов. Хотя у ссылочных типов тоже есть расширение и сужение типа. Пример:

Cow cow = new Whale();

Cow cow = new Whale();
if (cow instanceof Whale) {
  Whale whale = (Whale) cow;
}

Cow cow = new Cow();
Whale whale = (Whale) cow; //exception

6) А теперь еще на закуску. Вызов оригинального метода

Иногда тебе хочется не заменить унаследованный метод на свой при переопределении метода, а лишь немного дополнить его.

В этом случае очень хочется исполнить в новом методе свой код и вызвать этот же метод, но базового класса. И такая возможность в Java есть. Делается это так: super.method().

Примеры:

class Cow {
  public void printAll() {
    printColor();
    printName();
  }

  public void printColor() {
    System.out.println("Я – белый");
  }

  public void printName() {
    System.out.println("Я – корова");
  }
}

class Whale extends Cow {
  public void printName() {
    System.out.print("Это неправда: ");
    super.printName();

    System.out.println("Я – кит");
  }
}

public static void main(String[] args){
  Whale whale = new Whale();
  whale.printAll();
}

— Гм. Ничего себе лекция. Мои робо-уши чуть не расплавились.

— Да, это не простой материал, он один из самых сложных. Профессор обещал подкинуть ссылок на материалы других авторов, чтобы ты, если все-таки что-то не поймешь, мог устранить этот пробел.