关于父类数组存储子类机制的疑问

在面向对象编程中，父类数组存储子类对象是一种常见的多态性应用，以下是对这一概念的详细解释：

一、基本概念

1、父类与子类：父类（也称为基类或超类）是其他类的祖先，它定义了一组通用的属性和方法，供其子类继承和扩展，子类则是从父类派生出来的类，它继承了父类的所有非私有属性和方法，并可以添加自己特有的属性和方法。

2、多态性：多态性是指同一个行为具有多个不同表现形式的能力，在面向对象编程中，多态性通常通过方法重写（Override）和方法重载（Overload）来实现，当父类引用指向子类对象时，调用的方法会根据实际对象类型来确定，这就是运行时多态。

二、父类数组存储子类对象的实现

1、声明父类类型的数组：需要声明一个父类类型的数组，这个数组的元素类型是父类，但在实际运行时，可以存储父类及其任何子类的对象。

2、创建子类对象并赋值给父类数组：创建子类的对象，并将这些对象赋值给父类数组的元素，由于子类对象是父类的实例，因此这种赋值是合法的。

3、通过父类引用调用方法：当通过父类引用调用方法时，Java虚拟机会根据实际对象类型来调用相应的方法，如果该方法在子类中被重写，则调用子类的方法；否则，调用父类的方法。

三、示例代码

以下是一个简单的示例，展示了如何在Java中使用父类数组存储子类对象，并通过多态性调用方法：

// 定义父类
class Animal {
    void makeSound() {
        System.out.println("Animal makes a sound");
    }
}
// 定义第一个子类
class Dog extends Animal {
    @Override
    void makeSound() {
        System.out.println("Dog barks");
    }
}
// 定义第二个子类
class Cat extends Animal {
    @Override
    void makeSound() {
        System.out.println("Cat meows");
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 声明父类类型的数组
        Animal[] animals = new Animal[3];
        // 创建子类对象并赋值给父类数组
        animals[0] = new Dog();
        animals[1] = new Cat();
        animals[2] = new Animal(); // 也可以存储父类对象
        // 通过父类引用调用方法
        for (Animal animal : animals) {
            animal.makeSound();
        }
    }
}

输出结果为：

Dog barks
Cat meows
Animal makes a sound

在这个示例中，Animal类是父类，Dog和Cat类是其子类，我们声明了一个Animal类型的数组，并存储了Dog、Cat和Animal的对象，通过遍历数组并调用makeSound方法，我们可以看到多态性的体现：根据实际对象类型调用了不同的方法实现。

四、注意事项

1、类型转换：在某些情况下，可能需要将父类引用转换为子类引用，以便访问子类特有的属性或方法，这种转换必须是安全的，并且通常需要在运行时进行检查（使用instanceof关键字）。

2、性能考虑：虽然使用父类数组存储子类对象提供了灵活性和可扩展性，但也可能在性能上带来一定的开销，因为每次通过父类引用调用方法时，都需要进行动态绑定（即在运行时确定要调用的方法），在设计时应权衡灵活性和性能的需求。

五、FAQs

1、为什么可以通过父类数组存储子类对象？

答：因为子类是父类的派生类，它继承了父类的所有属性和方法，从类型系统的角度看，子类对象可以被视为父类对象的一个特例，可以将子类对象赋值给父类类型的变量或数组元素。

2、如何确保通过父类引用调用的是子类的方法？

答：需要确保在子类中正确地重写了父类的方法，当通过父类引用调用一个被重写的方法时，Java虚拟机会根据实际对象类型来调用相应的方法实现，这就是多态性的体现，可以使用@Override注解来标记重写的方法，以提高代码的可读性和可维护性。