Java的多態為何可以由子類實例化父類？

首先，明確一下，Java多態的三個必要條件：

1、 繼承

2、 子類重寫父類方法

3、 父類引用指向子類對象

然后看一個例子

package test.xing;

 

class Father{

protected int age;

public Father(){

age = 40;

}

 

void eat(){

System.out.println("父親在吃飯");

}}

 

class Child extends Father{

protected int age;

public Child(){

age = 18;

}

 

void eat(){

System.out.println("孩子在吃飯");

}

void play(){

System.out.println("孩子在打CS");

}}

 

public class TestPolymorphic {

public static void main(String[] args) {

Father c = new Child();

c.eat();

//c.play();

System.out.println("年齡："+c.age );

 

}

 

}

輸出結果為：

 

 

給出結論：當滿Java多態的三個條件時，可以發現c.eat()調用的實際上是子類的eat，但c.age調用的還是父類的age，而c.play()則不會通過編譯。

下面從JVM的角度解釋上面這種現象

我們就從Father c = new Child()這句話切入

這句話首先會執行new Child(),在堆中分配一個對象。

當然在分配Child類的實例時，先要通過JVM的類加載器將Child類對應的class文件加載到JVM中，然后JVM根據class文件中的字節流產生一個表示class文件中類型信息的結構體

這個結構體的具體實現，不同的JVM會有不同的實現方式，但大致上都差不多，都要遵守JVM的規范。

這個表示class文件中類型信息的結構體大概由以下幾部分構成：

1、 常量池

2、 類變量（靜態變量）

3、 字段信息

4、 方法信息

5、 類的父類信息

6、 類的訪問權限信息等

這些我說的也不夠准確，具體的大家可以看JVM相關的書籍如《深入理解Java虛擬機》，在這里就有個大概的概念就好。

之后，JVM會根據上面這個結構體生成一個叫做方法表的東西。這個方法表是實現java多態的一個關鍵。

方法表中包含的是實例方法（就是相對於靜態方法而言的，用對象訪問的那些方法）的直接引用，也就是說通過這個方法表就能夠訪問到該類的實例方法，

而且，這些實例方法不僅包括本類的方法，還包括其父類的實例方法，以及父類的父類的實例方法（就是一直到Object）。

而且，這些方法中不包含私有方法（因為私有方法不能繼承）

方法表中的這些直接應用會指向到JVM中表示類型信息的那個結構體（就是上面那個結構體）的相應的方法信息（就是上面結構體中4的某個位置），當然這只是本類的方法，表中還有父類的方法，相應地指向父類類型信息結構體的具體位置。

可能表達的不夠清晰，下面畫個圖表示。

 

 

上面提到過，方法表中不僅包括本類的方法，還包括父類的方法，方法表值這樣產生的，以Child類的方法表為例：

首先方法表中，會產生指向繼承自Object類的方法的引用，這些包括指向toString的和指向equals的，當然Object中還包括很多方法，這里就不寫了

然后方法表中產生指向繼承自Parent類的方法的引用，這包括eat，

最后產生指向本類的方法的引用。

這里需要注意的一點是，當Child類的方法表產生指向Parent類中的方法的引用時，會有一個指向eat方法的引用，最后產生指向本類的方法的引用時，也有一個指向eat的引用，這時候，新的數據會覆蓋原有的數據，也就是說原來指向Parent.eat的那個引用會被替換成指向Child.eat的引用（占據原來表中的位置）。所以我們看到在Child類的方法表中指向的是Child.eat而Parent類的方法表中指向的是Parent.eat。子類的方法表中就沒有指向Parent.eat的引用了。

而且還要注意一個特點就是，Parent和Child的方法表中，指向eat的引用在表中的偏移量是一樣的，都是第三個位置。（這是因為子類eat方法覆蓋掉了父類eat方法，占據了原來父類eat方法的引用在表中的位置）

這里再多說一句，表示類型信息的結構體中，的方法信息，只包含本類特有的，或者是重寫的方法信息，沒有父類的方法信息。

了解了方法區的結構后，我們來看堆中對象的結構

 

 

接下來是棧區，產生Father類型的引用，這個引用指向堆區中的Child類的實例。

這里需要解釋一下Father c的含義，我們知道c表示一個引用，這個引用指向堆中的Child類的實例，說白了就是一個地址，這個地址指向堆中的Child的類的實例，但是我們不要忘記前面還有一個Father修飾這個c

我們都知道在c中有void類型的指針，而給指針前面限定一個類型就限制了指針訪問內存的方式，比如char * p就表示p只能一個字節一個字節地訪問內存，但是int *p中p就必須四個字節四個字節地訪問內存。

但是我們都知道指針是不安全的，其中一個不安全因素就是指針可能訪問到沒有分配的內存空間，也就是說char *雖然限制了p指針訪問內存的方式，但是沒有限制能訪問內存的大小，這一點要完全靠程序員自己掌握。

但是在java的引用中Father不但指定了c以何種方式訪問內存，也規定了能夠訪問內存空間的大小。

我們看Father實例對象的大小是占兩行，但Child實例對象占三行（這里就是簡單量化一下）。

所以雖然c指向的是Child實例對象，但是前面有Father修飾它，它也只能訪問兩行的數據，也就是說c根本訪問不到Child類中的age！！！只能訪問到Father類的age，所以輸出40

而且我們注意兩個類的方法表：

 

 

我們看到Parent的方法表占三行，Child的方法表占4行，c雖然指向了Child類的實例對象，而對象中也有指針指向Child類的方法表，但是由於c受到了Father的修飾，通過c也只能訪問到Child方法表中前3行的內容！！！！

然而前面說過，在方法表的形成過程中，子類重寫的方法會覆蓋掉表中原來的數據，也就是Child類的方法表的第三行是指向Child.eat的引用，而不是指向Parent.eat（因為方法表產生了覆蓋），所以c訪問到的是Child.eat。也就是子類的方法！！！這種情況下，c是沒有辦法直接訪問到父類的eat方法的。

以上就是對輸出結果的解釋。