Java: 有关向下转型的必要性和动态绑定的细节

2021-01-03 更新：大一统至 Single Dispatch in Java and Python

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在 多态 里面说过：

除了 static 方法和 final 方法 (final 包含 private) 外，Java 对其他所有的方法都采用 dynamic binding. – P151, Chapter 8, Thinking in Java, Fourth Edition

不过下面的这个例子也许会让人有点吃惊 (also from Chapter 8, Thinking in Java, Fourth Edition)：

//RTTI: Run-Time Type Identification  
  
class Useful {  
	public void f() {System.out.println("Useful.f()");}  
}  
  
class MoreUseful extends Useful {  
	public void f() {System.out.println("MoreUseful.f()");}  
	public void g() {System.out.println("MoreUseful.g()");}  
}     
  
public class RTTI {  
	public static void main(String[] args) {  
		Useful x = new MoreUseful();  
		  
		x.f();  
		//x.g(); // 编译错误：找不到符号  
		((MoreUseful)x).g(); // OK. This is Downcast/RTTI  
	}  
}  
//output:  
/* 
	MoreUseful.f() 
	MoreUseful.g() 
*/

按理来说，x.f() 通过动态绑定能够正确调用 MoreUseful 的 f() 方法，那么为什么 x.g() 就不行呢？真的是 “除了 static 方法和 final 方法 (final 包含 private) 外，Java 对其他 ‘所有’ 的方法都采用 dynamic binding” 吗？还是只对覆写方法才动态绑定？

其实这里涉及到动态绑定的细节问题。当然，的确是 “除了 static 方法和 final 方法 (final 包含 private) 外，Java 对其他所有的方法都采用 dynamic binding”，只不过在使用动态绑定之前，编译器还做了一些其他的工作，而这些工作，就是造成上面代码结果的原因。

Java的方法调用过程：

1. 编译器查看引用 (x) 的声明类型 (Useful) 和方法名 (g())；通过声明类型找到方法列表；
   • 如果方法名不在方法列表中，则编译器报错 (g() 不在 Useful 的方法列表里，所以出错)；
   • 如果方法名在方法列表中，则继续下列步骤；
2. 编译器查看方法的参数列表，获取参数方法签名；
   • 如果方法是 private、static、final 或者构造器，编译器就可以确定调用那个方法 (这是静态绑定)；
   • 如果不是上述情况，就要使用动态绑定；

可见，x.g() 出错是由于使用动态绑定前的方法名检查未通过。从这个角度来说，动态绑定似乎的确只适用于覆写方法。

由于无法使用动态绑定，所以要正确调用 x.g() 方法，向下转型 ((MoreUseful)x) 就必不可少了。

p.s. 方法是位于代码段内存的；对象中会存一个指针指向方法所在的代码段内存。