Java中的强制类型转换和继承

Question

考虑这段简单的代码：

class A {}

class B extends A {}

public class TestClass {
    public static void main(String args[]) {
        A[] a, a1;
        B[] b;
        a = new A[10];
        a1 = a;
        b = new B[20];
        a = b; // 1
        b = (B[]) a; // 2
        b = (B[]) a1; // 3
    }
}

仔细看一下我评论的1、2和3行。行1在编译期间将被允许，因为是从子类引用赋值给超类引用。

第2行中的转换是必需的，因为将超类引用分配给子类引用变量。并且这在运行时起作用，因为由a引用的对象实际上是B的数组（第1行）。

现在，这就是我的困惑所在：第3行将抛出java.lang.ClassCastException。现在，这意味着在运行时，程序意识到实际对象不是B的数组，而是A的数组。

这正是我不理解的地方。B不是扩展了A吗？这样就满足了B IS-A A的条件，对吧？因此，在运行时，第3行不应该抛出任何异常，是吗？

- Jesse James

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请花些时间对您提供的代码进行格式化。目前，由于没有缩进和多个语句在一行上，阅读起来非常困难。请记住，Stack Overflow 的目的是创建一个高质量问题和答案的存储库 - 投入时间使您的问题真正高质量。 - Jon Skeet

所以它满足条件B IS-A A，对吗？正确。但你需要的是"A IS-A B" - 但你没有这个。我猜混淆是从这里开始的：a1 = a; a = b;//1-通过更改引用a，您不会更改a1。它仍然指向同一个A []。 - Fildor

Answer 1

a1是由A元素构成的数组。由于B扩展了A，所以所有B的实例也都是A的实例，但不是所有A的实例都是B的实例。您可以定义一个扩展A的类C并将该类的实例分配给a1数组。这样的实例不是B的实例。

因此，您无法将A元素的数组强制转换为B元素的数组。

- Eran

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但是代码编译没有问题。它在运行时抛出异常。然而，假设我像这样创建了一个数组：TestClass c[] = new TestClass[20]。现在当我尝试 b = (B[]) c 时，它会给出不兼容类型的编译错误。为什么会有不同的行为？ - dumbPotato21

@Shashwat 你可以将一个B[]实例分配给一个A[]变量（就像你可以将一个B实例分配给一个A变量）。因此，如果运行时类型匹配，则将A[]变量转换为B[]（或将A变量转换为B）可能会在运行时成功。但是，TestClass[]永远不能转换为B[]，因为TestClass不是B的子类，B也不是TestClass的子类。这就是编译器不允许的原因。 - Eran

让我来澄清一下。虽然你不能执行 b = (B[]) a1;，但是 b 和 a1 是兼容的类型，这就是编译器所寻找的，因此它可以正确编译，尽管将 b 赋值为 a1 实际上是不可能的。如果我错了，请纠正我。 - dumbPotato21

@Shashwat 如果在这行代码之前有一行将 B[] 的实例分配给 a1（例如 a1 = new B[10];），那么 b = (B[]) a1; 可能会在运行时成功。编译器不会分析 a1 的运行时类型，它只分析其编译时类型以确定转换是否可以在运行时成功。 - Eran

Answer 2

你忘记了，数组本身就是一个类，它们有自己的强制类型转换和赋值规则。

考虑以下示例：

    A[] aa = new A[0];
    B[] bb = new B[0];

    System.out.println(aa.getClass());
    System.out.println(bb.getClass());

    System.out.println(aa.getClass().isAssignableFrom(bb.getClass()));
    System.out.println(bb.getClass().isAssignableFrom(aa.getClass()));

输出：

class [Lstuff.small.Try47$A;
class [Lstuff.small.Try47$B;
true
false

因此，一个A[]变量确实可以被赋值为B[]，但反过来不行。

- mtj

Answer 3

你说“B IS-A A”是正确的，这就是为什么：
i）当你把a = b;时没有问题；
ii）语句#3在编译时没有问题。

但是你不能说“A IS-A B”，因此会出现运行时异常。

- PankajT