从图形处理类看继承和多态

上图有一些基本的图形。接下来，用以下类来定义图形：

• 父类Shape，表示图形

• 类Circle，表示圆

• 类Line，表示直线

• 类ArrowLine，表示带箭头的直线

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图形Shape类有一个表示颜色的属性，和一个表示绘制的方法，代码如下：

//父类：图形类
public class Shape {

    private static final String DEFAULT_COLOR = "black";
    private String color;

    public Shape() {
        this(DEFAULT_COLOR);
    }

    public Shape(String color) {
        this.color = color;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    public void draw() {
        System.out.println("draw shape");
    }
}

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圆circle类继承自Shape，但包括了Shape没有的中心点和半径属性，以及额外的方法area，用于计算面积。

此外又重写了draw方法。

代码如下：

public class Circle extends Shape {
    //中心点
    private Point center;
    //半径
    private double r;

    public Circle(Point center,double r) {
        this.center = center;
        this.r = r;
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("draw circle at "+center.toString()+" with r "
        +r+", using color : "+getColor());
    }

    public double area() {
        return Math.PI*r*r;
    }
}

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直线Line类继承Shape类，它有两个点，有一个获取长度的方法，并且重写了draw方法。

代码如下：

public class Line extends Shape {
    private Point start;
    private Point end;

    public Line(Point start,Point end,String color) {
        super(color);
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    public double length() {
        return start.distance(end);
    }

    public Point getStart() {
        return start;
    }

    public Point getEnd() {
        return end;
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("draw line from "+ start.toString() + " to "
        +end.toString()+",using color "+super.getColor());
    }
}

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带箭头直线ArrowLine类继承自Line类，多了表示两端是否有箭头的两个属性，也重写了draw方法。

代码如下：

public class ArrowLine extends Line{
    //起点是否有箭头
    private boolean startArrow;
    //终点是否有箭头
    private boolean endArrow;

    public ArrowLine(Point start,Point end,String color,
                     boolean startArrow,boolean endArrow) {
        super(start,end,color);
        this.startArrow = startArrow;
        this.endArrow = endArrow;
    }

    @Override
    public void draw() {
        super.draw();
        if (startArrow) {
            System.out.println("draw start arrow");
        }
        if (endArrow) {
            System.out.println("draw end arrow");
        }
    }
}

super.draw();表示调用父类的draw()方法。

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使用继承的一个好处是可以统一处理不同子类型的对象。

比如说，设计一个图形管理ShapeManager类，它负责管理画板上的所有图形对象并负责绘制。

public class ShapeManager {
    //图形最大个数为100
    private static final int MAX_NUM = 100;
    private Shape[] shapes = new Shape[MAX_NUM];
    private int shapeNum = 0;

    public void addShape(Shape shape) {
        if (shapeNum < MAX_NUM) {
            shapes[shapeNum++] = shape;
        }
    }

    public void draw() {
        for (int i=0;i<shapeNum;i++) {
            shapes[i].draw();
        }
    }
}

如上方代码，ShapeManager使用一个数组保存所有的shape，在draw方法中调用每个shape的draw方法。

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接下来使用ShapeManager：

public static void main(String[] args) {
   ShapeManager manager = new ShapeManager();

   manager.addShape(new Circle(new Point(4,4),3)); //添加圆形
   manager.addShape(new Line(new Point(2,3),new Point(3,4),"green")); //添加直线
   manager.addShape(new ArrowLine(new Point(1,2),new Point(5,5),"black",false,false)); //添加箭头线

   manager.draw();
}

新建了三个图形，分别是一个圆、直线、箭头线，然后加到ShapeManager中，再调用manager的draw方法。

在addShape方法中，参数Shape shape，声明的类型是Shape，而实际的类型则分别是Circle、Line、ArrowLine。子类对象赋值给父类引用变量，叫做向上转型，转型=转换类型，向上转型=转换为父类类型。

变量Shape可以引用任何Shape子类类型的对象，称为多态，即一种类型的变量，可引用多种实际类型对象。

对于变量shape，它有两个类型，类型Shape，我们称之为shape的静态类型；类型Circle/Line/ArrowLine，我们称之为shape的动态类型。

在ShapeManager的draw方法中，shapes[i].draw()调用的是其对应动态类型的draw方法，这称之为方法的动态绑定。

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为什么要有多态和动态绑定呢？创建对象的代码 (ShapeManager以外的代码）和操作对象的代码(ShapeManager本身的代码），经常不在一起，操作对象的代码往往只知道对象是某种父类型，也往往只需要知道它是某种父类型就可以了。

多态和动态绑定是计算机程序中的一种重要思维方式，使得操作对象的程序不需要关注对象的实际类型，从而可以统一处理不同对象，但又能实现每个对象的特有行为。