多型與 is-a 關係

在Java中，子類別只能繼承一個父類別，繼承除了可避免類別間重複的實作定義外，還有個重要的關係，那就是子類別與父類別間會有is-a的關係，中文稱為「是一種」的關係，這是什麼意思？以先前範例來說，SwordsMan繼承了Role，所以SwordsMan是一種Role（SwordsMan is a Role），Magician繼承了Role，所以Magician是一種Role（Magician is a Role）。

為何要知道繼承時，父類別與子類別間會有「是一種」的關係？因為要開始理解多型（Polymorphism），必須先知道你操作的物件是「哪一種」東西！

來看實際的例子，以下的程式碼片段，相信你現在沒有問題地看懂，而且知道可以通過編譯：

SwordsMan swordsMan = new SwordsMan(); Magician magician = new Magician();

那你知道以下的程式片段也可以通過編譯嗎？

Role role1 = new SwordsMan(); Role role2 = new Magician();

那你知道以下的程式片段為何無法通過編譯呢？

SwordsMan swordsMan = new Role(); Magician magician = new Role();

編譯器就是語法檢查器，要知道以上程式片段為何可以通過編譯，為何無法通過編譯，就是將自己當作編譯器，檢查語法的邏輯是否正確，方式是從=號右邊往左讀：右邊是不是一種左邊呢（右邊型態是不是左邊型態的子類別）？

從右往左讀，SwordsMan是不是一種Role呢？是的！所以編譯通過。Magician是不是一種Role呢？是的！所以編譯通過。同樣的判斷方式，可以知道為何以下編譯失敗：

SwordsMan swordsMan = new Role();   // Role是不是一種SwordsMan？

          Magician magician = new Role();     // Role是不是一種Magician？

編譯器認為第一行，Role不一定是一種SwrodsMan，所以編譯失敗，對於第二行，編譯器認為Role不一定是一種Magician，所以編譯失敗。繼續把自己當成編譯器，再來看看以下的程式片段是否可以通過編譯：

Role role1 = new SwordsMan();

          SwordsMan swordsMan = role1;

這個程式片段最後會編譯失敗，先從第一行看，SwordsMan是一種Role，所以這行可以通過編譯。編譯器檢查這類語法，一次只看一行，就第二行而言，編譯器看到role1為Role宣告的名稱，於是檢查Role是不是一種SwordsMan，答案是不一定，所以編譯失敗在第二行！

編譯器會檢查父子類別間的「是一種」關係，如果你不想要編譯器囉嗦，可以叫它住嘴：

Role role1 = new SwordsMan();
SwordsMan swordsMan = (SwordsMan) role1;

對於第二行，原本編譯器想囉嗦地告訴你，Role不一定是一種SwordsMan，但你加上了(SwordsMan)讓它住嘴了，因為這表示，你就是要讓Role扮演（CAST）SwrodsMan，既然你都明確要求編譯器別囉嗦了，編譯器就讓這段程式碼通過編譯了，不過後果得自行負責！

以上面這個程式片段來說，role1確實參考至SwordsMan實例，所以在第二行讓SwordsMan實例扮演SwordsMan並沒有什麼問題，所以執行時期並不會出錯。

但是以下的程式片段，編譯可以成功，但執行時期會出錯：

Role role2 = new Magician();
SwordsMan swordsMan = (SwordsMan) role2;

對於第一行，Magician是一種Role，可以通過編譯，對於第二行，role2為Role型態，編譯器原本認定Role不一定是一種SwordsMan而想要囉嗦，但是你明確告訴編譯器，就是要讓Role扮演為SwordsMan，所以編譯器就讓你通過編譯了，不過後果自負，實際上，role2參考的是Magician，你要讓魔法師假扮為劍士？這在執行上會是個錯誤，JVM會拋出java.lang.ClassCastException。

使用有一種（is-a）原則，你就可以判斷，何時編譯成功，何時編譯失敗，以及將扮演（CAST）看作是叫編譯器住嘴語法，並留意參考的物件實際型態，你就可以判斷何時扮演成功，何時會拋出ClassCastException。例如以下編譯成功，執行也沒問題：

SwordsMan swordsMan = new SwordsMan();

          Role role = swordsMan;    // SwordsMan是一種Role

以下程式片段會編譯失敗：

SwordsMan swordsMan = new SwordsMan();
Role role = swordsMan; // SwordsMan是一種Role，這行通過編譯
SwordsMan swordsMan = role; // Role不一定是一種SwordsMan，編譯失敗

以下程式片段編譯成功，執行時也沒問題：

SwordsMan swordsMan = new SwordsMan();
Role role = swordsMan; // SwordsMan是一種Role，這行通過編譯
// 你告訴編譯器要讓Role扮演SwordsMan，以下這行通過編譯
SwordsMan swordsMan = (SwordsMan) role; // role參考SwordsMan實例，執行成功

以下程式片段編譯成功，但執行時拋出ClassCastException：

SwordsMan swordsMan = new SwordsMan();
Role role = swordsMan; // SwordsMan是一種Role，這行通過編譯
// 你告訴編譯器要讓Role扮演Magician，以下這行通過編譯
Magician magician = (Magician) role; // role參考SwordsMan實例，執行失敗

經過以上這一連串的語法測試，好像只是在玩弄語法？不！你懂不懂以上這些東西，牽涉到寫出來的東西有沒有彈性、好不好維護的問題！

有這麼嚴重嗎？來出個題目給你吧！請設計static方法，顯示所有角色的血量！OK！上一章剛學過如何定義方法，有的人會撰寫以下的方法定義：

public static void showBlood(SwordsMan swordsMan) {
    System.out.printf("%s 血量 %d%n",
           swordsMan.getName(), swordsMan.getBlood());
}
public static void showBlood(Magician magician) {
    System.out.printf("%s 血量 %d%n",
           magician.getName(), magician.getBlood());
}

分別為SwordsMan與Magician設計showBlood()同名方法，這是重載方法的運用，如此就可以如下呼叫：

showBlood(swordsMan); // swordsMan是SwordsMan型態
showBlood(magician); // magician是Magician型態

現在的問題是，目前你的遊戲中是只有SwordsMan與Magician兩個角色，如果有一百個角色呢？重載出一百個方法？這種方式顯然不可能！重載的運用場合，是不同型態會有不同流程實作，如果發現重載的方法流程是類似的，設計上就有檢討的可能性。

如果所有角色都是繼承自Role，而且你知道這些角色都是一種Role，你就可以如下設計方法並呼叫：

package cc.openhome;

public class RPG {
    public static void main(String[] args) {
        SwordsMan swordsMan = new SwordsMan();
        swordsMan.setName("Justin");
        swordsMan.setLevel(1);
        swordsMan.setBlood(200);

        Magician magician = new Magician();
        magician.setName("Monica");
        magician.setLevel(1);
        magician.setBlood(100);
        
        showBlood(swordsMan);
        showBlood(magician);
    }

    static void showBlood(Role role) {
        System.out.printf("%s 血量 %d%n",
                role.getName(), role.getBlood());
    }
}

在這邊僅定義了一個showBlood()方法，參數宣告為Role型態，第一次呼叫showBlood()時傳入了SwordsMan實例，這是合法的語法，因為SwordsMan是一種Role，第一次呼叫showBlood()時傳入了Magician實例也是可行，因為Magician是一種Role。執行的結果如下：

Justin 血量 200
Monica 血量 100

這樣的寫法好處為何？就算有100種角色，只要它們都是繼承Role，都可以使用這個方法顯示角色的血量，而不需要像先前重載的方式，為不同角色寫100個方法，多型的寫法顯然具有更高的可維護性。

什麼叫多型？以抽象講法解釋，就是使用單一介面操作多種型態的物件！若用以上的範例來理解，在showBlood()方法中，既可以透過Role型態操作SwordsMan物件，也可以透過Role型態操作Magician物件。

稍後會學到Java中interface的使用，在多型定義中，使用單一介面操作多種型態的物件，這邊的介面並不是專指Java中的interface，而是指物件的公開行為，以Java具體而言，就是物件上可操作的方法。