面试题：Java多态向下转型的条件与潜在风险

Question

在Java多态中，向下转型需要满足什么条件？请举例说明向下转型可能会出现的运行时错误以及如何避免。

Answer 1

向下转型需要满足的条件

1. 存在继承关系：目标对象必须是当前对象所属类的子类或者间接子类。也就是说，向下转型只能在具有继承体系的类之间进行。例如，有父类 Animal 和子类 Dog，Dog 是 Animal 的子类，那么从 Animal 类型向 Dog 类型可以进行向下转型尝试（前提是实际对象是 Dog 类型）。
2. 实际对象类型匹配：实际指向的对象必须是目标类型或者目标类型的子类。即，假设定义 Animal animal = new Dog();，此时 animal 实际指向的是 Dog 类型的对象，那么可以将 animal 向下转型为 Dog 类型。

向下转型可能出现的运行时错误及示例

运行时错误主要是 ClassCastException（类型转换异常）。当实际对象的类型与目标类型不匹配时就会抛出此异常。

class Animal {}
class Dog extends Animal {}
class Cat extends Animal {}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Cat();
        // 这里会抛出 ClassCastException，因为实际对象是 Cat 类型，不能转换为 Dog 类型
        Dog dog = (Dog) animal; 
    }
}

如何避免

1. 使用 instanceof 关键字：在进行向下转型之前，使用 instanceof 关键字来判断对象是否是目标类型。

class Animal {}
class Dog extends Animal {}
class Cat extends Animal {}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Cat();
        if (animal instanceof Dog) {
            Dog dog = (Dog) animal; 
        } else {
            System.out.println("对象不是 Dog 类型，不能进行向下转型");
        }
    }
}

2. 遵循合理的设计原则：在设计类继承体系时，确保向下转型是有意义且合理的。尽量避免在不恰当的地方进行向下转型操作，通过合理的抽象和接口设计来实现功能，减少对向下转型的依赖。