学习Java之如何正确地向上转型与向下转型

一. 类型转型

将一个类型转换成另一个类型的过程被称为类型转换。 我们所说的对象类型转换，一般是指两个存在继承关系的对象，而不是任意类型的对象。如果两个类型之间没有继承关系，就不允许进行类型转换，否则会抛出强制类型转换异常(java.lang.ClassCastException)。
Java语言允许某个类型的引用变量引用子类的实例，而且可以对这个引用变量进行类型转换。Java中引用类型之间的类型转换(前提是两个类是直接或间接的父子关系)主要有两种，分别是向上转型(upcasting)和向下转型(downcasting) 。

我们先来看下面这张图：

猫、狗、牛、羊都是动物，所以”动物“是父类，猫狗牛羊是具体的子类。我们可以说猫是动物，狗是动物，牛是动物，羊是动物，这个结论肯定没错！但如果我们说，动物是猫，动物是狗，动物是牛，动物是羊，这个结论一定正确吗？那可就不一定了。子类肯定符合父类类型，但反之，父类不一定符合子类类型！

接下来分别对向上转型和向下转型进行讲解。

二. 向上转型

1. 概念

所谓的向上转型，就是父类引用指向子类的对象，也就是把子类对象直接赋给父类引用变量，此时不用强制转换。比如我们说猫是动物，狗是动物，牛是动物，羊是动物，这就是把子类当成父类来用。父类是子类的上级，我们直接把子类向上提拔转型了。

2. 特点

向上转型具有如下特点：

• 编译类型取决于=号左边，运行类型取决于=号右边；
• 子类可以调用父类的所有成员，但需遵守访问权限；
• 父类不能调用子类的特有成员；
• 最终的运行效果取决于子类的具体实现。

3. 语法

向上转型的基本语法如下所示：

//左侧是父类引用变量，右侧是创建的子类对象，我们可以把它当作父类使用

父类类型 引用名 = new 子类类型();

4. 案例

接下来我们通过一个案例来演示向上转型该如何实现。

public interface Animal {
    //叫
    public void speak();
}

//Dog类实现Animal接口
public class Dog implements Animal {
    @Override
    public void speak() {
	System.out.println("狗子：汪汪");
    }
}

//Cat类实现Animal接口
public class Cat implements Animal {
    @Override
    public void speak() {
	System.out.println("猫子：喵喵");
    }
}

//定义一个测试类
public class AnimalTest {
    public static void main(String[] args) {
	//向上转型
	//父类引用dog变量，指向子类对象new Dog();
        //动物 = 狗；以下代码的意思就是”狗是动物“
	Animal dog=new Dog();
        //向上转型后，可以使用父类Animal中的属性和方法。
	dog.speak();

	//Animal animal=new Cat();效果等同于如下两行代码：
	Cat cat=new Cat();
	Animal animal=cat;
	animal.speak();
    }
}

我们在进行向上转型时，可以写成Animal animal=new Cat(); Animal animal=cat;的形式。就是先创建出cat对象，然后再将cat对象赋值给Animal类型的变量，这样就实现了向上转型。因为Animal是父级类型，Cat是子级类型，Cat是Animal的子类，所以可以直接将cat变量赋值给animal，这就是向上转型。但这种写法比较繁琐，我们通常是直接采用Animal cat=new Cat();的形式，简洁明了。

我们之所以可以实现向上转型，主要是因为两个类型之间是父子关系。比如在本例中，向上转型就等于说”猫是动物，狗是动物“，因为猫狗都是动物的子类，所以这个结论是确定无误的。

三. 向下转型

1. 概念

向下转型则反之，也就是一个已经向上转型的子类对象指向父类引用。 向下转型后，可以调用子类类型中所有的成员。向下转型时，必须进行强制类型转换。因为父类拥有的成员，子类肯定会有，但子类拥有的成员，父类不一定有。

但要注意，如果父类的引用对象指向的是子类对象，则向下转型时是安全的，即编译时不会出现错误。但如果父类的引用对象是父类本身，那么在向下转型的过程中是不安全的，虽然编译时不会出错，但在运行过程中会出现强制类型转换异常。我们可以使用instanceof运算符来避免出现强制类型转换异常。

2. 特点

向下转型具有如下特点：

• 只能强制转换父类的引用，不能强制转换父类的对象；
• 父类的引用必须指向子类目标类型的对象；
• 向下转型后，父类可以调用子类类型中的所有成员。

3. 语法

向下转型的基本语法如下所示：

//向下转型使用强制类型转换的格式，将父类引用类型转换为子类引用类型

子类类型 引用名 = (子类类型) 父类引用;

4. 案例

接下来我们在上面的案例基础之上，对代码进行改造，在Cat类中增加一个新的方法。

public class Cat implements Animal {
    @Override
    public void speak() {
	System.out.println("猫子：喵喵");
    }

    //给其他动物打招呼
    public void helloAnimal(Animal animal) {
	//向下转型，将父类型转为子类型。
	//此时有可能会出现ClassCastException类型转换异常，因为子类一定属于父类的一员，但父类不一定属于子类。
	//我们说“猫是动物”一定没问题，但如果说“动物是猫”，这个结论未必正确。所以把“动物强转成猫”的过程中，有可能会出现异常。
	//只有两者之间具有明确的父子关系时才能进行强转，否则就会出现类型转换异常。
		
	//向下转型时需要进行类型强转
	Cat cat=(Cat) animal;
        //向下转型后，可以使用子类Cat中的属性和方法。
	cat.speak();
    }
}

//测试类
public class AnimalTest {
    public static void main(String[] args) {
	Animal animal=new Cat();
	animal.speak();
		
	Cat cat=new Cat();
        //这里我们传参时，既可以传递animal，也可以传递cat，但不能传递dog类型,否则会出现java.lang.ClassCastException: 
	//因为class com.yyg.convert.Dog cannot be cast to class com.yyg.convert.Cat。狗不能被转成猫
	//cat2.helloAnimal(dog);
	cat.helloAnimal(animal);

        //Dog dog = new Dog();
	//这里就会编译出错，不允许把Dog对象类型转换成Cat对象类型
	//Cat cat = (Cat)dog;    
    }
}

向下转型就是将父类型转为子类型，但要注意，此时有可能会出现ClassCastException类型转换异常，因为子类一定属于父类的一员，但父类不一定属于子类。我们说“猫是动物”一定没问题，但如果说“动物是猫”，这个结论未必正确。所以把“动物强转成猫”的过程中，有可能会出现异常。只有两者之间具有明确的父子关系时才能进行强转，否则就会出现类型转换异常。

就比如上面的案例中，我们传参时，既可以传递animal，也可以传递cat，但不能传递dog类型，否则会出现java.lang.ClassCastException，因为class com.yyg.convert.Dog cannot be cast to class com.yyg.convert.Cat，狗类不能被转成猫类。

四. 结语

至此，就把类型转换给大家介绍完了，我们来看看类型转换的要点吧：：

• 向上转型是父类引用指向子类的对象，不必强制类型转换 ；
• 向下转型是子类对象指向父类引用，必须进行强制类型转换；
• 可以强制向下转型最好借助instanceOf进行类型判断；

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