Java 多态实现的详细介绍

普通（非多态）方法的地址是在编译时确定的，调用它的字节码(invokespecial,invokestatic)指令可以直接调用该方法。 这有时被称为早期绑定（或者叫做静态绑定），因为方法名称在编译时绑定到某一具体的内存地址。 这是有效的，但并不总是方便！

有时，我们不清楚某些变量的类型应该是什么，直到我们运行该程序，因为它可能取决于用户输入，随机数或其他外部数据，如文件中的数据。

以上所说的普通方法即为：private、static标识的方法。

对于如下的代码：

import java.text.NumberFormat;

public class PolymorphismDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
if (args.length == 0) {
System.out.println(
"Usage: java PolymorphismDemo <some-number>");
return;
}
Number num = NumberFormat.getInstance().parse(args[0]);

System.out.println("The number " + num.toString() +
" has class " + num.getClass());
}
}

创建的Number对象（在第10行）的实际类型取决于输入参数是一个整数（在这种情况下，它实际是一个Long对象）还是浮点数（在这种情况下，它实际是一个Double对象）。

在编译期间没有办法知道应该调用哪一个

toString

方法！ 它取决于变量num引用哪种类型的对象，可以是

Long.toString

或

Double.toString

。

在这个程序中，直到运行时间才知道：

1: C:\Temp>javac PolymorphismDemo.java
2:
3: C:\Temp>java PolymorphismDemo 123
4: The number 123 has class class java.lang.Long
5:
6: C:\Temp>java PolymorphismDemo 123.456
7: The number 123.456 has class class java.lang.Double

那么编译器可以做什么？

编译main方法时，不能将方法名toString（在第12行使用）绑定到一个具体地址。 相反，编译器会将绑定推迟到运行期间，通过使用字节码（invokevirtual）来查找正确的toString方法的地址。

这就是为什么多态性也被称为晚期绑定，延迟绑定或动态绑定的原因。 （在某些语言中，如C++多态方法被称为虚方法或虚函数。）

没有多态性，这个程序会更复杂; 你必须使用一些自定义的方法来将

args[0]

字符串转换为一个数字，这也会以某种方式返回一个类型名称。

然后您需要一个switch语句或一个if表达式来测试类型名称并自己调用正确的方法。（即，

Integer.toString(x)

或

Double.toString(x)

）。

这种代码非常难看，很容易被破坏，难以维护或增强。 这是Java支持多态方法的主要原因。

多态是如何工作的？

对象的多态方法的地址存储在对象的方法表中。

当在运行期间调用一些多态方法时，在这个表中查找方法名称来获取相应的地址。

方法表包含对象的动态绑定（多态）方法的名称和地址。 对于属于同一个类的所有对象，方法表是相同的，所以它们作为该类的元数据存储在方法区中。

方法表不是语言的一部分，只要最终结果相同，不同的JVM供应商可以随意实现多态。

Sun JVM在对象的常量池中混合方法表项，可以使用命令

javap -verbose foo

查看。 （因为同一个类的所有对象都有相同的方法表，所以JVM可以把它保留在别的地方—-方法区。）

这是说明性的，看看系统如何为某些类（如Integer）构造一个方法表。 最初方法表是空的。 然后方法表用最远的祖先类（通常是Object类）中的多态方法填充：

Integer Method Table part 1

Method Name	Address	Comment
Object.toString	111	Object.toString method address
…	…	9 Additional methods

下一个最远的祖先类（这里是Number类）中的多态方法（和已修改的现有条目）被添加到这个列表。

如果您查看API（JavaDocs），您会发现Number类不会覆盖任何方法，但会在表中添加六个新的方法。 所以方法表中的toString条目保持不变：

Integer Method Table part 2

Method Name	Address	Comment
Object.toString	111	Object.toString method address
Number.intValue	222	Number.intValue method address
…	…	15 Additional methods

这一直持续到所有父类的方法表已经合并为止。 最后再用Integer类的多态方法更新方法表。 现在toString被覆盖了：

Integer Method Table part 3

Method Name	Address	Comment
Object.toString	333	Integer.toString method address
Number.intValue	444	Integer.intValue method address
Integer.parseInt	555	Integer.parseInt method address
…	…	Additional methods

覆盖某些方法只会更改方法表中的地址，但不会更改名称。

这就是为什么javap输出将多态方法名称显示为Object.toString，而不仅仅是toString或Integer.toString。

看看这个方法调用的字节码（使用

javap -verbose PolymorphismDemo

），其内容如下：

40:  invokevirtual   #11; //Method java/lang/Object.toString:()Ljava/lang/String;

“＃11”是指方法表中的方法名称（如上所述，这是常量池的索引），在这种情况下是名为Object.toString的方法返回一个字符串）。

invokevirtual字节码指令会导致JVM将＃11中的值不视为地址（不作为早期绑定的地址），而是在方法表中查找当前对象的方法的名称来获得相应的索引。

真正的执行逻辑为：在操作数栈获得对象的索引，然后调用该对象方法表中相同索引值的方法。

这就是它的工作原理！

此处

＃11

指的是常量池中的CONSTANT_Methodref_info

其中含有（CONSTANT_Class_info，CONSTANT_NameAndType_info ，CONSTANT_Utf8_info）

http://wpollock.com/Java/PolyMorphism.htm