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面试题:Java多态下如何实现代码的可扩展性

请详细阐述在Java中,如何利用多态性来实现代码的可扩展性,并给出一个简单示例,要求示例中包含至少一个父类、两个子类,子类重写父类方法,且在主函数中体现多态的应用及对代码扩展性的体现。
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编程语言Java

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多态性在Java中实现代码可扩展性的原理

多态性是Java面向对象编程的重要特性之一,它允许通过使用父类类型的变量来引用子类对象,并根据实际引用对象的类型调用相应的方法。这种机制使得代码在不修改现有代码主体的情况下,能够轻松添加新的子类,从而实现代码的可扩展性。

  1. 继承:子类继承父类,获取父类的属性和方法,这是多态的基础。
  2. 重写:子类重写父类中定义的方法,以提供适合自身的实现。
  3. 向上转型:将子类对象赋值给父类类型的变量,这使得代码能够以统一的方式处理不同子类的对象。

示例代码

// 父类
class Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("动物发出声音");
    }
}

// 子类1
class Dog extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("汪汪汪");
    }
}

// 子类2
class Cat extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("喵喵喵");
    }
}

public class PolymorphismExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建父类类型变量并引用不同子类对象
        Animal animal1 = new Dog();
        Animal animal2 = new Cat();

        // 调用方法,实际执行的是子类重写后的方法
        animal1.makeSound(); 
        animal2.makeSound(); 

        // 体现代码扩展性:添加新子类
        // 假设新增一个鸟类
        class Bird extends Animal {
            @Override
            public void makeSound() {
                System.out.println("叽叽叽");
            }
        }
        Animal animal3 = new Bird();
        animal3.makeSound(); 
    }
}

代码解释

  1. 父类 Animal:定义了一个 makeSound 方法,所有动物都有发出声音的行为,但具体声音由子类确定。
  2. 子类 DogCat:继承自 Animal 类,并各自重写了 makeSound 方法,以实现自己独特的声音。
  3. 主函数 main
    • 创建了 Animal 类型的变量 animal1animal2,分别引用 DogCat 的对象。这就是向上转型。
    • 调用 animal1.makeSound()animal2.makeSound() 时,实际执行的是 DogCat 子类中重写的方法,体现了多态。
    • 新增 Bird 子类后,只需创建 Bird 对象并赋值给 Animal 类型变量 animal3,就能调用其重写的 makeSound 方法,无需修改原有代码,体现了代码的可扩展性。