Java 基礎學習筆記：多態詳解與實戰範例

Java 多態核心概念與程式碼實作

身為初學 Java 的開發者，繼承與多態常讓人感到困惑。本文透過一個媒體庫管理系統的實例，深入淺出說明多態的運作機制。

情境：媒體庫管理系統

需建立一個媒體庫，可存放 CD 和 DVD，支援新增與列出所有媒體。由於 CD 和 DVD 共享許多屬性（名稱、播放時間、評論等），採用繼承設計：

• 父類別 Item：封裝共同屬性與方法
• 子類別 CD、DVD：繼承 Item 並擴充專屬屬性
• 管理類別 Database：使用 ArrayList<Item> 統一管理

核心程式碼結構

// Item.java - 父類別
public class Item {
    private String title;
    private int playTime;
    private boolean gotIt;
    private String comment;
    // 建構子、getter/setter、print() 方法
}

// CD.java - 子類別
public class CD extends Item {
    private String artist;
    private int numOfTracks;
    // 覆寫 print() 方法
    public void print() {
        System.out.print("CD:");
        super.print();
        System.out.println(":" + artist + ":" + numOfTracks);
    }
}

// DVD.java - 子類別
public class DVD extends Item {
    private String director;
    // 覆寫 print() 方法
    public void print() {
        System.out.print("DVD:");
        super.print();
        System.out.println(":" + director);
    }
}

// Database.java - 管理類別
public class Database {
    private ArrayList<Item> listItem = new ArrayList<>();
    public void add(Item item) { listItem.add(item); }
    public void list() {
        for (Item item : listItem) {
            item.print(); // 多態發生的關鍵
        }
    }
}

兩個關鍵概念

1. 多態變數

在 Database 中宣告 Item item，此變數可指向 Item 或其任一子類別（CD、DVD）的實例。實際指向的物件類型在執行期才決定，這就是多態變數。

2. 向上造型

將子類別物件指派給父類別變數（如 db.add(new CD(...))），這是安全的，因為子類別擁有父類別的所有特徵。

多態的運作原理

當子類別覆寫父類別方法（override）時，父類別方法被隱藏。執行 item.print() 時，JVM 會根據 item 實際指向的物件類型，動態調用對應的 print() 方法（CD.print() 或 DVD.print()），而非父類別的 Item.print()。這就是動態繫結的精髓。

透過此例可見，多態讓程式碼更具彈性與擴充性，新增媒體類型時無需修改 Database 類別。