Java 继承转换运行时错误与编译器错误

如何解决Java 继承转换运行时错误与编译器错误

问题

考虑下面的代码。 B 继承自 A，它们都没有继承自 String。

我想知道以下问题的答案：

1. 为什么第一个强制转换 B b1 = (B) a1; 会产生运行时错误？
2. 为什么第一次第二次转换 String b1 = (String) a1; 会产生编译错误？
3. 为什么会有区别？为什么在第一种情况下编译器没有看到问题？

代码

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        A a1 = new A();
        B b1 = (B) a1;
        
        String b1 = (String) a1;
    }

}

与 A 类：

public class A {}

和类B：

public class B extends A {}

解决方法

1. 为什么第一个强制转换 B b1 = (B) a1; 会产生运行时错误？

A 类型的变量可以存储 B 的实例。但是，并非所有 A 实例都是 B 实例。

A 不是 B，但 B 是 A。 （比如，不是所有的动物都是狗，但狗是动物）。

2. 为什么第一次第二次转换 String b1 = (String) a1; 会产生编译错误？

A 不是 String 的超类型，String 不是 B 的超类型。

3. 为什么会有区别？为什么在第一种情况下编译器没有看到问题？

因为A类型的变量可以存储B的实例；但是 A 类型的变量永远不能存储 String 的实例。

,

A 类型的变量实际上可以是 B 类型，因为 B 扩展了 A。但是 A 类型的变量永远不能是 String 类型。这就是为什么编译器可以捕获到 String 的强制转换，但不能捕获到 B 的强制转换。

,

为什么第一个强制转换，B b1 = (B) a1;，会产生运行时错误？

因为 a1 是 A 的实例，但与 B 不兼容。具体来说，new A() 创建的对象与 A 的子类不兼容。如果对象的运行时类（即调用 new 的类）与目标类不同或不是目标类的子类，则转换到该目标类将在运行时失败。这仅仅是因为子类与该对象无关。

为什么第一次第二次转换，String b1 = (String) a1;，会产生编译错误？

即使实际转换发生在运行时，编译器也会执行类型检查并防止此类无意义的操作。对于这种情况，将 A 对象强制转换为 String 是无稽之谈，编译器可以检测到：String 和 A 之间没有关系，编译器知道是什么类是别的什么班的孩子。编译器知道在 Java 中 a1 无法成为 String 的实例或 String 的子类，这是因为 String 不是 A 的父类a1，A 的声明类型。对此也有例外，例如当开始对接口进行强制转换时。

为什么会有区别？为什么在第一种情况下编译器没有看到问题？

编译器仅验证基于静态类型（变量或表达式的类型）的类型转换。它不查看运行时类，当然在实际创建对象的运行时之前该类是不可用的。当它可以肯定地确定演员表不可能有效时（例如在第二种情况下），它将失败。在第一种情况下，从 B 到 A 的转换会通过编译，因为声明的类型是兼容的（即，B 对象可能是 A 的实例，并且编译器将其留给运行时检查实际对象）。在第二种情况下，编译器知道 String 对象永远不能是 String 的实例（因为 A 在 {{1}} 的类型层次结构中无处可寻，这赢了不会在运行时改变）

,

A 类型的变量可以被分配一个 B 的实例，因为 B 是一个 A。例如，狗是动物，所以标有“动物”的盒子可以包含一只狗。

但是不能为 A 类型的变量分配字符串。例如，标有“动物”的盒子将不包含砖块。

您可能会问自己，为什么编译器在我们看到代码显然会失败时不抱怨——变量不可能是 B；是A！

编译器在进行检查时只查看变量的类型。它不会检查之前出现的代码。尽管您的示例很简单，但在一般情况下，检查变量实际包含的内容将是一项不可能完成的任务。

,

A 类的类层次结构图为：

Object -> A -> B（注意每个类都继承了Object）

B b1 = (B) a1;

上一行编译是因为 B 扩展了 A，因此编译器将其视为有效的向下转换。 java编译器只通过检查B的类层次结构（B是否直接或间接扩展A）来检查类型A的对象是否可能是类型B。此时它不会检查对象 A 的实际类型。它没有以这种方式实现，因为它会在编译器中增加很多复杂性。此外，如果一个对象被向下转换（可能是为了调用某些特定的子类方法），那么程序员有责任了解该对象的特定类型。在这个例子中，由于 a1 不能被强制转换为类型 B，它会在运行时被 JVM 检测到。

String b1 = (String) a1;

在这种情况下，类 String 不在 A 的类层次结构图中。因此可以在编译时检测到这是一个无效的强制转换。