Java 中的向上转型和向下转型

1、简介

了解如何处理 Java 类型层次结构中的对象对于编写灵活和可维护的代码至关重要。在这个领域中，两个基本概念是向上转型（Upcasting）和向下转型（Downcasting）。

本文将带你深入了解这些概念，探索它们之间的区别，以及它们在 Java 中的原理。

2、Java 中的类型转换

Java 是一种面向对象的编程语言（Object Oriented Programming，OOP），允许在其类型系统中将一种类型转换为另一种类型。转换是将一种类类型的引用转换为另一种类类型的过程。具体来说，Java 中主要有两种类型的转换：向上转型（Upcasting）和向下转型（Downcasting）。

假设我们有一个类的层次结构，其中 Dog 是 Animal 的子类。下图显示了向上转型（Upcasting）和向下转型（Downcasting）在这个层次结构中的工作原理：

向上转型（Upcasting）箭头从 Dog 类移动到 Animal 类，显示了子类引用（Dog）如何泛化为父类引用（Animal）。而，向下转型（Downcasting）箭头从 Animal 类返回 Dog 类，显示父类引用（Animal）如何再次被指定为子类引用（Dog）。

但是，如果尝试使用 Animal 引用实例化 Dog 对象，则会因类型不兼容而导致编译错误。

Dog dog = new Animal(); //异常 ClassCastException

3、Java 向上转型

向上转型（Upcasting）是指将子类引用转换为父类引用。这种类型的转换是隐式的，在处理多态性时经常使用它。

向上转型（Upcasting）允许我们将一个子类的对象当作一个父类的对象来处理：

class Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("Animal sound");
    }
}

class Dog extends Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("Bark");
    }

    public void fetch() {
        System.out.println("Dog fetches");
    }
}

如上，定义了两个类：Animal 和 Dog。Animal 类有一个 makeSound() 方法，用于打印 “Animal sound（动物的声音）”，Dog 类继承了 Animal，它覆写了 makeSound() 方法，打印 “Bark（狗叫）”，并引入了一个新方法 fetch()，用于打印 “Dog fetches”。

Animal myDog = new Dog();
myDog.makeSound();

如上例，创建了一个 Dog 类的实例，并将其赋值给一个 Animal 类型的变量。当我们调用 myDog 的 makeSound() 方法时，它会调用 Dog 类中的重载方法，在控制台中打印 “Bark”。

4、Java 向下转型

相反，向下转型（Downcasting）则是将父类引用转换回子类引用。与向上转型不同，向下转型是显式的，需要小心处理。因此，必须确保被传递的对象与目标类型相匹配，以避免发生 ClassCastException。

当需要访问父类中没有的子类的特定方法或字段时，就会使用向下转型（强制转型）：

Animal myAnimal = new Dog();
// 强制把 Animal 类型的 myAnimal 对象转换为 Dog 对象
Dog myDog2 = (Dog) myAnimal;
myDog2.makeSound();
myDog2.fetch();

如上，首先将 Dog 对象向上转型为 Animal 引用。然后，将它强制转换（向下转型）为 Dog 引用。这种方式允许我们同时调用 makeSound() 方法（从 Animal 类继承）和 fetch() 方法（Dog 类特有）。

通过向下转型，可以重新访问子类的方法和字段。

5、向上转型和向下转型

向上转型和向下转型的主要区别和特点如下表：

6、总结

向上转型（Upcasting）和向下转型（Downcasting）都是 Java 类型系统不可或缺的一部分，它们通过继承和多态促进了代码的灵活性和可重用性。

Ref：https://www.baeldung.com/java-upcasting-vs-downcasting