【多态】理解 Java 继承中成员变量与成员方法的访问特点

在 Java 的面向对象编程中，继承是一种核心机制，通过它可以实现代码复用和扩展。然而，在继承中，成员变量和成员方法的访问规则却有所不同。本文将详细分析这些规则，并探讨为什么 Java 选择了这样的设计。

一、成员变量的访问特点

1. 规则

成员变量的访问依赖于编译时类型，即 等号左边的类型（声明的类型）。无论对象实际是哪个类型，访问的变量始终是由编译时类型决定的。

2. 示例代码

class Parent {int num = 10; // 父类中的成员变量
}class Child extends Parent {int num = 20; // 子类中的成员变量
}public class Demo {public static void main(String[] args) {Parent p = new Child(); // 向上转型System.out.println(p.num); // 输出什么？}
}

输出结果：10

原因：

p的编译时类型是 Parent，所以访问的是父类中的 num 变量，值为 10。
成员变量的访问由编译时类型决定，不支持运行时绑定。

二、成员方法的访问特点

1. 规则

成员方法的访问依赖于运行时类型，即 new 的对象类型。方法调用支持动态绑定，优先调用实际对象类型中的方法。

2. 示例代码

class Parent {void show() {System.out.println("Parent show");}
}class Child extends Parent {@Overridevoid show() {System.out.println("Child show");}
}public class Demo {public static void main(String[] args) {Parent p = new Child(); // 向上转型p.show(); // 输出什么？}
}

输出结果：Child show

原因：

虽然 p 的编译时类型是 Parent，但实际创建的对象是 Child。
方法调用支持动态绑定，因此运行时会调用子类 Child 中覆盖的 show() 方法。

三、综合对比：成员变量与成员方法的访问特点

特点	成员变量	成员方法
访问依据	编译时类型（等号左边）	运行时类型（new 的对象）
动态绑定	不支持动态绑定	支持动态绑定
多态作用	无多态效果	支持多态

四、设计背后的原因

1. 成员变量为何由编译时类型决定？

成员变量的访问不支持动态绑定，主要出于以下原因：

性能考虑：成员变量是对象的直接存储空间，访问时不涉及复杂的运行时绑定。编译器在编译阶段即可确定变量的存储位置，优化访问效率。
避免二义性：如果成员变量支持动态绑定，会引入访问上的歧义。例如：
```
class Parent {int num = 10;
}class Child extends Parent {int num = 20;
}Parent p = new Child(); // 如果运行时绑定变量，这里访问哪个 num？
```
固定规则（编译时类型决定）让变量访问更加明确。
静态绑定的实现：编译器直接将变量绑定到声明类型对应的类的地址上。这种静态绑定方式简化了实现逻辑。

2. 成员方法为何由运行时类型决定？

成员方法支持动态绑定（运行时绑定），是为了实现 Java 的多态性。其背后原因如下：

支持多态：方法是对象的行为，动态绑定允许子类覆盖父类的方法，父类引用调用子类的实际方法。
```
Parent p = new Child();
p.show(); // 调用子类的方法
```
动态绑定让代码更加灵活，符合面向对象编程的核心思想“父类引用指向子类对象”。
行为与对象一致：方法是描述对象行为的，需要与实际对象类型保持一致，才能体现正确的功能。
动态绑定的实现：Java 在运行时通过**方法表（Method Table）**实现动态绑定。方法表记录类中所有方法的地址。当子类覆盖父类方法时，子类的方法地址会覆盖父类的方法地址。运行时，Java 根据实际对象的类型查找方法表，从而调用正确的方法。

五、总结

Java 中成员变量和成员方法的访问规则体现了语言设计的平衡性：

特性	成员变量	成员方法
设计目标	提高访问效率、避免歧义	支持多态、增强灵活性
访问决定时机	编译时固定	运行时动态绑定
绑定方式	静态绑定（Compile-time Binding）	动态绑定（Run-time Binding）