Javaポリモーフィズム完全解説: 仮想メソッド・動的ディスパッチ・参照変数の多態性

ポリモーフィズム（多態性）とは、オブジェクトが多くの形を取る能力のことです。OOPにおけるポリモーフィズムの最も一般的な用途は、親クラスの参照が子クラスのオブジェクトを参照する場合です。

複数のIS-AテストをパスできるJavaオブジェクトはポリモーフィックと見なされます。Javaでは、すべてのJavaオブジェクトがポリモーフィックです。なぜなら、どのオブジェクトも自身の型とObjectクラスのIS-Aテストをパスするからです。

オブジェクトにアクセスする唯一の方法は参照変数を通じてであることを知っておくことが重要です。参照変数は1つの型しか持てません。一度宣言されると、参照変数の型を変更することはできません。

参照変数は、finalで宣言されていない限り、他のオブジェクトに再代入できます。参照変数の型が、そのオブジェクトで呼び出せるメソッドを決定します。

参照変数は、宣言された型のオブジェクトまたはそのサブタイプのオブジェクトを参照できます。参照変数はクラス型またはインターフェース型として宣言できます。

例

public interface Vegetarian {}
public class Animal {}
public class Deer extends Animal implements Vegetarian {}

上記例では、Deerクラスは多重継承を持つためポリモーフィックと見なされます。以下は真です。

• Deer IS-A Animal
• Deer IS-A Vegetarian
• Deer IS-A Deer
• Deer IS-A Object

参照変数の事実をDeerオブジェクト参照に適用すると、以下の宣言が合法です。

例

Deer d = new Deer();
Animal a = d;
Vegetarian v = d;
Object o = d;

すべての参照変数d、a、v、oはヒープ内の同じDeerオブジェクトを参照します。

仮想メソッド

このセクションでは、Javaでのオーバーライドメソッドの振る舞いが、クラス設計時にポリモーフィズムを活用することをどう可能にするかを示します。

すでにメソッドオーバーライドについて説明しました。子クラスは親クラスのメソッドをオーバーライドできます。オーバーライドされたメソッドは親クラスでは本質的に隠蔽され、子クラスがオーバーライドメソッド内でsuperキーワードを使用しない限り呼び出されません。

例

Employeeクラスを定義します。

/* File name : Employee.java */
public class Employee {
    private String name;
    private String address;
    private int number;

    public Employee(String name, String address, int number) {
        System.out.println("Constructing an Employee");
        this.name = name;
        this.address = address;
        this.number = number;
    }

    public void mailCheck() {
        System.out.println("Mailing a check to " + this.name + " " + this.address);
    }

    public String toString() {
        return name + " " + address + " " + number;
    }

    public String getName() { return name; }
    public String getAddress() { return address; }
    public void setAddress(String newAddress) { address = newAddress; }
    public int getNumber() { return number; }
}

次にEmployeeクラスを拡張してSalaryクラスを作成します。

/* File name : Salary.java */
public class Salary extends Employee {
    private double salary; // 年俸

    public Salary(String name, String address, int number, double salary) {
        super(name, address, number);
        setSalary(salary);
    }

    public void mailCheck() {
        System.out.println("Within mailCheck of Salary class ");
        System.out.println("Mailing check to " + getName() + " with salary " + salary);
    }

    public double getSalary() { return salary; }
    public void setSalary(double newSalary) {
        if (newSalary >= 0.0) {
            salary = newSalary;
        }
    }

    public double computePay() {
        System.out.println("Computing salary pay for " + getName());
        return salary / 52;
    }
}

以下のプログラムを注意深く学習し、出力を予測してみてください。

/* File name : VirtualDemo.java */
public class VirtualDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Salary s = new Salary("Mohd Mohtashim", "Ambehta, UP", 3, 3600.00);
        Employee e = new Salary("John Adams", "Boston, MA", 2, 2400.00);

        System.out.println("Call mailCheck using Salary reference --");
        s.mailCheck();

        System.out.println("\n Call mailCheck using Employee reference--");
        e.mailCheck();
    }
}

出力

Constructing an Employee
Constructing an Employee
Call mailCheck using Salary reference --
Within mailCheck of Salary class
Mailing check to Mohd Mohtashim with salary 3600.0

Call mailCheck using Employee reference--
Within mailCheck of Salary class
Mailing check to John Adams with salary 2400.0

ここでは2つのSalaryオブジェクトをインスタンス化しています。1つはSalary参照sを使用し、もう1つはEmployee参照eを使用しています。

s.mailCheck()を呼び出すとき、コンパイラはコンパイル時にSalaryクラスのmailCheck()を見て、JVMは実行時にSalaryクラスのmailCheck()を呼び出します。

eでのmailCheck()はかなり異なります。なぜならeはEmployee参照だからです。コンパイラがe.mailCheck()を見ると、EmployeeクラスのmailCheck()メソッドを見ます。

ここではコンパイル時に、コンパイラはEmployeeのmailCheck()を使用してこのステートメントを検証しました。しかし実行時には、JVMはSalaryクラスのmailCheck()を呼び出します。

この振る舞いは仮想メソッド呼び出しと呼ばれ、これらのメソッドを仮想メソッドと呼びます。オーバーライドされたメソッドは、コンパイル時にソースコードで使用された参照のデータ型が何であれ、実行時に呼び出されます。