面试题：Java重载与重写在多态性及运行时绑定中的作用

Question

在Java的多态性概念下，重载和重写分别扮演了怎样的角色？结合JVM运行时绑定机制，解释重写方法是如何在运行时确定具体执行版本的，同时说明重载方法与运行时绑定的关系。

Answer 1

重载和重写在多态性中的角色

1. 重载（Overloading）
   • 角色：重载是指在一个类中定义多个同名方法，但这些方法的参数列表（参数个数、类型或顺序）不同。它是编译时多态的体现，通过方法名相同但参数列表不同，让类可以以多种方式处理不同类型或数量的输入。例如，一个MathUtils类中可以有add(int a, int b)和add(double a, double b)方法，它们都执行加法操作，但适用于不同的数据类型。重载增强了类的功能多样性，使代码更具可读性和可维护性。
2. 重写（Overriding）
   • 角色：重写是指子类重新定义父类中已有的方法。重写后的方法必须与父类中被重写方法具有相同的方法签名（方法名、参数列表和返回类型，JDK 5.0 后返回类型可以是父类方法返回类型的子类）。重写是运行时多态的基础，它允许子类根据自身需求定制从父类继承来的行为。比如，Animal类有一个makeSound方法，Dog类继承自Animal并重写makeSound方法来发出狗叫声，Cat类同样重写该方法来发出猫叫声。这样，不同子类对象调用相同方法名的方法时，会执行不同的具体行为。

重写方法在运行时确定具体执行版本的机制（结合JVM运行时绑定）

1. JVM的运行时绑定：JVM在运行时确定调用重写方法的具体版本，这一过程称为动态绑定或运行时绑定。当通过父类引用调用重写方法时，JVM会在运行时根据对象的实际类型（而不是引用类型）来确定要执行的方法版本。
2. 具体过程：假设存在Animal类及其子类Dog和Cat。Animal animal = new Dog();，这里animal是Animal类型的引用，但实际指向的是Dog类的对象。当调用animal.makeSound()时，JVM首先在Dog类中查找makeSound方法。如果Dog类中定义了makeSound方法（即重写了Animal类中的makeSound方法），则执行Dog类中的makeSound方法。如果Dog类没有定义（但父类Animal有），JVM会沿着继承链向上查找，直到找到该方法并执行。这是因为JVM在对象创建时，会在对象的内存布局中包含一个指向类元数据（包含方法表等信息）的指针。方法表中记录了类及其父类中定义的方法的实际地址。当调用重写方法时，JVM通过对象的实际类型找到对应的方法表，进而确定要执行的具体方法版本。

重载方法与运行时绑定的关系

1. 重载与编译时绑定：重载方法在编译时确定调用的具体版本，属于编译时多态。编译器根据调用方法时提供的参数列表，在编译阶段就能够确定应该调用哪个重载版本的方法。例如，MathUtils.add(1, 2)，编译器根据参数类型int，能够确定调用add(int a, int b)这个重载方法。所以，重载方法与运行时绑定无关，它是在编译阶段由编译器完成方法选择的。