JavaSE第11篇：面向对象之接口、多态

Z时代
2024-01-10
分类：综合

核心概述：本篇我们将学习面向对象中的接口和多态，接口类似我们之前学习继承时的父类或抽象类，接口与众不同的时，接口中跟多的定义事物的功能（方法），子类或实现类可以实现或重写接口中的方法。而接口或继承，则是多态的前提。合理地利用多态可以提高我们程序的可扩展性和灵活性。

第一章：接口

1.1-接口概述（了解）

什么是接口

Java中的接口是一系列方法的声明，是一些方法特征的集合。

一个接口只有方法的特征（只有声明）没有方法的实现（没有方法体），因此这些方法可以在不同的地方被不同的类实现，而这些实现可以具有不同的行为（功能）

如果说类的内部封装了成员变量、构造方法和成员方法，那么接口的内部主要就是封装了方法，包含抽象方法（JDK 7及以前），默认方法和静态方法（JDK 8）。

总而言之，Java中的接口就是一系列方法声明的集合。

**为什么需要接口 **

接口的优势：

是多态的基础

可以多实现（可以理解为多继承）

接口是一种引用数据类型

接口的定义，它与定义类方式相似，但是使用 interface 关键字。它也会被编译成.class文件，但一定要明确它并不是类，而是另外一种引用数据类型。

类和接口都是java代码，都会转换为字节码文件

public class 类名.java → 类名.class
public interface 接口名.java → 接口名.class

1.2-接口的定义格式（记忆）

定义格式：关键字 interface

public interface 接口名称 {
    // 抽象方法
    // 默认方法
    // 静态方法
}

接口中定义抽象方法

抽象方法：使用**abstract** 关键字修饰，可以省略，没有方法体。该方法供子类实现使用。

public interface InterFaceName {
    public abstract void method();
}

接口中定义默认方法和静态方法

默认方法：使用 default 修饰，不可省略，供子类调用或者子类重写。

静态方法：使用 static 修饰，供接口直接调用。

public interface InterFaceName {
    public default void method() {
        // 执行语句
    }
    public static void method2() {
        // 执行语句    
    }
}

1.3-接口的使用方式（记忆）

我们之前学习继承时，父类需要子类继承。而接口和继承中父类相似，也需要一个类似子类的实现类来实现接口。

接口的实现

类与接口的关系为实现关系，即类实现接口，该类可以称为接口的实现类，也可以称为接口的子类。

实现的动作类似继承，格式相仿，只是关键字不同，实现使用 ** implements**关键字。

非抽象类实现接口注意事项

必须重写接口中所有抽象方法。

继承了接口的默认方法，即可以直接调用，也可以重写。

子类实现接口格式

public class 类名 implements 接口名 {
    // 重写接口中抽象方法【必须】
  	// 重写接口中默认方法【可选】
}

子类实现接口中的抽象方法

对于接口中定义的抽象方法，子类必须全部实现（重写）。代码如下：

定义一个接口：LiveAble

public interface LiveAble {
    // 定义抽象方法
    public abstract void eat();
    public abstract void sleep();
}

定义一个实现类：Animal

public class Animal implements LiveAble {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("吃东西");
    }
    @Override
    public void sleep() {
        System.out.println("晚上睡");
    }
}

定义一个测试类：Test

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建子类对象  
        Animal a = new Animal();
        // 调用实现后的方法
        a.eat();
        a.sleep();
    }
}
/*
	输出结果：
		吃东西
		晚上睡
*/

子类使用或重写接口中的默认方法

对于接口中的默认方法，子类可以继承，也可以重写，二选一，但是只能通过实现类的对象来调用。

直接使用默认方法，代码如下：

定义接口：LiveAble

public interface LiveAble {
    public default void fly(){
        System.out.println("天上飞");
    }
}

定义实现类：Animal

public class Animal implements LiveAble {
	// 继承，什么都不用写，直接调用
}

定义测试类：Test

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建子类对象  
        Animal a = new Animal();
        // 调用默认方法
        a.fly();
    }
}
/*
    输出结果：
    	天上飞
*/

或者重写默认方法，代码如下：

定义接口：LiveAble 同上

定义实现类：Animal

public class Animal implements LiveAble {
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("自由自在的飞");
    }
}

定义测试类：Test

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建子类对象  
        Animal a = new Animal();
        // 调用重写方法
        a.fly();
    }
}
/*
    输出结果：
    	自由自在的飞
*/

接口中静态方法的使用

静态与.class 文件相关，只能使用接口名调用，不可以通过实现类的类名或者实现类的对象调用，代码如下：

定义接口：LiveAble

public interface LiveAble {
    public static void run(){
        System.out.println("跑起来~~~");
    }
}

定义实现类：Animal

public class Animal implements LiveAble {
	// 无法重写静态方法
}

定义测试类：Test

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // Animal.run(); // 【错误】无法继承方法,也无法调用
        LiveAble.run(); // 
    }
}
/*
    输出结果：
    	跑起来~~~
*/

接口中不能定义成员变量,可以定义常量

接口中，无法定义成员变量，但是可以定义常量，其值不可以改变，默认使用public static final修饰。

定义接口：LiveAble

public interface LiveAble {
   int NUM0 ; // 错误,必须赋值  
   int NUM1 =10; // 正确 , 省去了默认修饰符 public static final
   public static final int NUM2= 100; // 正确 , 完整写法
}

定义测试类：

public class Test {
   public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Live.NUM1);
        System.out.println(Live.NUM2);
    }
}
/*
    输出结果：
    10
    100
*/

1.4-接口的多实现（记忆）

在继承体系中，一个类只能继承一个父类（单继承）。

而对于接口而言，一个类是可以实现多个接口的，这叫做接口的多实现。

并且，一个类能继承一个父类，同时实现多个接口。

实现格式

public class 类名 [extends 父类名] implements 接口名1,接口名2,接口名3... {
    // 重写接口中抽象方法【必须】
  	// 重写接口中默认方法【不重名时可选】
}

[ ]中的格式：表示可选操作。

接口多实现的抽象方法

接口中，有多个抽象方法时，实现类必须重写所有抽象方法**。如果抽象方法有重名的，只需要重写一次。**代码如下：

定义多个接口：

interface A {
    public abstract void showA();
    public abstract void show();
}
interface B {
    public abstract void showB();
    public abstract void show();
}

定义实现类：

public class C implements A,B{
    @Override
    public void showA() {
        System.out.println("showA");
    }
    @Override
    public void showB() {
        System.out.println("showB");
    }
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("show");
    }
}

接口多实现的默认方法

接口中，有多个默认方法时，实现类都可继承使用。**如果默认方法有重名的，必须重写一次。**代码如下：

定义多个接口：

interface A {
    public default void methodA(){}
    public default void method(){}
}
interface B {
    public default void methodB(){}
    public default void method(){}
}

定义实现类：

public class C implements A,B{
    @Override
    public void method() {
        System.out.println("method");
    }
}

接口多实现中的静态方法

接口中，存在同名的静态方法并不会冲突，原因是只能通过各自接口名访问静态方法。

public interface MyInterface{
    public static void inter(){
        system.out.println("接口静态方法");
    }
}
public class Test{
    public static void main(String[] args){
        //接口名直接调用
        MyInterface.inter();
    }
}

1.5 接口的多继承（记忆）

一个接口能继承另一个或者多个接口，这和类之间的继承比较相似。

接口的继承使用 extends 关键字，子接口继承父接口的方法。**如果父接口中的默认方法有重名的，那么子接口需要重写一次。**代码如下：

定义父接口：

interface A {
    public default void method(){
        System.out.println("AAAAAAAAAAAAAAAAAAA");
    }
}
interface B {
    public default void method(){
        System.out.println("BBBBBBBBBBBBBBBBBBB");
    }
}

定义子接口：

interface D extends A,B{
    @Override
    public default void method() {
        System.out.println("DDDDDDDDDDDDDD");
    }
}

1.6 抽象类和接口的区别（理解）

通过实例进行分析和代码演示抽象类和接口的用法。

举例：犬和缉毒犬

犬：

行为：吼叫；吃饭；

缉毒犬：

行为：吼叫；吃饭；缉毒；

思考

由于犬分为很多种类，他们吼叫和吃饭的方式不一样，在描述的时候不能具体化，也就是吼叫和吃饭的行为不能明确。

当描述行为时，行为的具体动作不能明确，这时，可以将这个行为写为抽象行为，那么这个类也就是抽象类。

可是当缉毒犬有其他额外功能时，而这个功能并不在这个事物的体系中。这时可以让缉毒犬具备犬科自身特点的同时也有其他额外功能，可以将这个额外功能定义接口中。

代码

interface 缉毒{
	public abstract void 缉毒();
}
//定义犬科的这个提醒的共性功能
abstract class 犬科{
    public abstract void 吃饭();
    public abstract void 吼叫();
}
// 缉毒犬属于犬科一种，让其继承犬科，获取的犬科的特性，
//由于缉毒犬具有缉毒功能，那么它只要实现缉毒接口即可，这样即保证缉毒犬具备犬科的特性，也拥有了缉毒的功能
class 缉毒犬 extends 犬科 implements 缉毒{
	public void 缉毒() {
	}
	void 吃饭() {
	}
	void 吼叫() {
	}
}
class 缉毒猪 implements 缉毒{
	public void 缉毒() {
	}
}

通过示例总结抽象类和接口的区别

相同点：

都位于继承的顶端，用于被其他类实现或继承；

都不能直接实例化对象；

都包含抽象方法，其子类都必须覆写这些抽象方法；

区别：

抽象类为部分方法提供实现，避免子类重复实现这些方法，提高代码重用性；接口只能包含抽象方法；

一个类只能继承一个直接父类(可能是抽象类)，却可以实现多个接口(接口弥补了Java的单继承)；

抽象类为继承体系中的共性内容，接口为继承体系中的扩展功能；

语法具体区别：

成员区别
- 抽象类
  - 变量，常量；有构造方法；有抽象方法，也有非抽象方法
- 接口
  - 常量；抽象方法

关系区别
- 类与类
  - 继承，单继承
- 类与接口
  - 实现，可以单实现，也可以多实现
- 接口与接口
  - 继承，单继承，多继承

设计理念区别
- 抽象类
  - 对类抽象，包括属性、行为
- 接口
  - 对行为抽象，主要是行为

第二章：多态

2.1-多态概述（了解）

什么是多态？

首先，多态是继封装、继承之后，面向对象的第三大特性。

多态Polymorphism，按字面意思就是“多种状态”。

生活中，比如跑的动作，小猫、小狗和大象，跑起来是不一样的。再比如飞的动作，昆虫、鸟类和飞机，飞起来也是不一样的。可见，同一行为，通过不同的事物，可以体现出来的不同的形态。多态，描述的就是这样的状态。

在面向对象编程中，多态是指同一行为，具有多个不同表现形式。

多态的前提

继承或者实现【二选一】

方法的重写【意义体现：不重写，无意义】

父类引用指向子类对象【格式体现】

2.2-多态的语法格式（记忆）

语法格式：

父类类型 变量名 = new 子类()；
变量名.方法名();

父类类型：是指子类继承的父类类型，或者实现的父接口类型。

示例代码：

当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误；如果有，执行的是子类重写后方法。

定义父类：

public abstract class Animal {  
    public abstract void eat();  
}

定义子类：

class Cat extends Animal {  
    public void eat() {  
        System.out.println("吃鱼");  
    }  
}  
class Dog extends Animal {  
    public void eat() {  
        System.out.println("吃骨头");  
    }  
}

定义测试类：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 多态形式，创建对象
        Animal a1 = new Cat();  
        // 调用的是 Cat 的 eat
        a1.eat();          
        // 多态形式，创建对象
        Animal a2 = new Dog(); 
        // 调用的是 Dog 的 eat
        a2.eat();               
    }  
}

2.3-多态的好处（理解）

实际开发的过程中，父类类型作为方法形式参数，传递子类对象给方法，进行方法的调用，更能体现出多态的扩展性与灵活性。

示例代码如下：

定义父类：

public abstract class Animal {  
    public abstract void eat();  
}

定义子类：

class Cat extends Animal {  
    public void eat() {  
        System.out.println("吃鱼");  
    }  
}  
class Dog extends Animal {  
    public void eat() {  
        System.out.println("吃骨头");  
    }  
}

定义测试类：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 多态形式，创建对象
        Cat c = new Cat();  
        Dog d = new Dog(); 
        // 调用showCatEat 
        showCatEat(c);
        // 调用showDogEat 
        showDogEat(d); 
        /*
        以上两个方法, 均可以被showAnimalEat(Animal a)方法所替代
        而执行效果一致
        */
        showAnimalEat(c);
        showAnimalEat(d); 
    }
    public static void showCatEat (Cat c){
        c.eat(); 
    }
    public static void showDogEat (Dog d){
        d.eat();
    }
    public static void showAnimalEat (Animal a){
        a.eat();
    }
}

由于多态特性的支持，showAnimalEat方法的Animal类型，是Cat和Dog的父类类型，父类类型接收子类对象，当然可以把Cat对象和Dog对象，传递给方法。

当eat方法执行时，多态规定，执行的是子类重写的方法，那么效果自然与showCatEat、showDogEat方法一致，所以showAnimalEat完全可以替代以上两方法。

不仅仅是替代，在扩展性方面，无论之后再多的子类出现，我们都不需要编写showXxxEat方法了，直接使用showAnimalEat都可以完成。

所以，多态的好处，体现在，可以使程序编写的更简单，并有良好的扩展。

2.4-多态的转型（理解）

多态的转型分为向上转型与向下转型两种：

向上转型

多态本身是子类类型向父类类型向上转换的过程，这个过程是默认的。

表现形式：当父类引用指向一个子类对象时，便是向上转型。

父类类型  变量名 = new 子类类型();
如：Animal a = new Cat();

向下转型

父类类型向子类类型向下转换的过程，这个过程是强制的。

表现形式：一个已经向上转型的子类对象，将父类引用转为子类引用，可以使用强制类型转换的格式，便是向下转型。

子类类型 变量名 = (子类类型) 父类变量名;
如:
	Animal a = new Cat();   // Cat 向上转型为Animal a表示Cat转型后的Animal类型
	Cat c =(Cat) a;         // 已经向上转型的Cat类型a，向下强制转型为Cat

为什么还要向下转型呢？

当使用多态方式调用方法时，首先检查父类中是否有该方法，如果没有，则编译错误。也就是说，不能调用子类拥有，而父类没有的方法。编译都错误，更别说运行了。这也是多态给我们带来的一点"小麻烦"。所以，想要调用子类特有的方法，必须做向下转型。示例代码如下：

定义类：

abstract class Animal {  
    abstract void eat();  
}  
class Cat extends Animal {  
    public void eat() {  
        System.out.println("吃鱼");  
    }  
    public void catchMouse() {  
        System.out.println("抓老鼠");  
    }  
}  
class Dog extends Animal {  
    public void eat() {  
        System.out.println("吃骨头");  
    }  
    public void watchHouse() {  
        System.out.println("看家");  
    }  
}

定义测试类：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上转型  
        Animal a = new Cat();  
        a.eat(); 				// 调用的是 Cat 的 eat
        // 向下转型  
        Cat c = (Cat)a;       
        c.catchMouse(); 		// 调用的是 Cat 的 catchMouse
    }  
}

转型异常

转型的过程中，一不小心就会遇到这样的问题，请看如下代码：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上转型  
        Animal a = new Cat();  
        a.eat();               // 调用的是 Cat 的 eat
        // 向下转型  
        Dog d = (Dog)a;       
        d.watchHouse();        // 调用的是 Dog 的 watchHouse 【运行报错】
    }  
}

这段代码可以通过编译，但是运行时，却报出了 ClassCastException ，类型转换异常！这是因为，明明创建了Cat类型对象，运行时，当然不能转换成Dog对象的。

为了避免ClassCastException的发生，Java提供了 instanceof 关键字，给引用变量做类型的校验，格式如下：

变量名 instanceof 数据类型 // 如果变量属于该数据类型，返回true。 // 如果变量不属于该数据类型，返回false。

所以，转换前，我们最好先做一个判断，代码如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 向上转型  
        Animal a = new Cat();  
        a.eat();               // 调用的是 Cat 的 eat
        // 向下转型  
        if (a instanceof Cat){
            Cat c = (Cat)a;       
            c.catchMouse();        // 调用的是 Cat 的 catchMouse
        } else if (a instanceof Dog){
            Dog d = (Dog)a;       
            d.watchHouse();       // 调用的是 Dog 的 watchHouse
        }
    }  
}

第三章：综合案例

需求：

定义笔记本类，具备开机，关机和使用USB设备的功能。

具体是什么USB设备，笔记本并不关心，只要符合USB规格的设备都可以。

鼠标和键盘要想能在电脑上使用，那么鼠标和键盘也必须遵守USB规范，不然鼠标和键盘的生产出来无法使用；

进行描述笔记本类，实现笔记本使用USB鼠标、USB键盘

USB接口，包含开启功能、关闭功能

笔记本类，包含运行功能、关机功能、使用USB设备功能

鼠标类，要符合USB接口

键盘类，要符合USB接口

分析：

阶段一：使用笔记本，笔记本有运行功能，需要笔记本对象来运行这个功能

阶段二：想使用一个鼠标，又有一个功能使用鼠标，并多了一个鼠标对象。

阶段三：还想使用一个键盘，又要多一个功能和一个对象。

问题：每多一个功能就需要在笔记本对象中定义一个方法，不爽，程序扩展性极差。

解决：使用多态机制，降低鼠标、键盘等外围设备和笔记本电脑的耦合性。

代码：

 //定义鼠标、键盘，笔记本三者之间应该遵守的规则
 public interface USB {
	void open();// 开启功能
	void close();// 关闭功能
}
//鼠标实现USB规则
public class Mouse implements USB {
	public void open() {
		System.out.println("鼠标开启");
	}
	public void close() {
		System.out.println("鼠标关闭");
	}
}
//键盘实现USB规则
public class KeyBoard implements USB {
	public void open() {
		System.out.println("键盘开启");
	}
	public void close() {
		System.out.println("键盘关闭");
	}
}
//定义笔记本
public class NoteBook {
	// 笔记本开启运行功能
	public void run() {
		System.out.println("笔记本运行");
	}
	// 笔记本使用usb设备，这时当笔记本对象调用这个功能时，必须给其传递一个符合USB规则的USB设备
	public void useUSB(USB usb) {
		// 判断是否有USB设备
		if (usb != null) {
			usb.open();
			usb.close();
		}
	}
	public void shutDown() {
		System.out.println("笔记本关闭");
	}
}
//测试
public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		// 创建笔记本实体对象
		NoteBook nb = new NoteBook();
		// 笔记本开启
		nb.run();
		// 创建鼠标实体对象
		Mouse m = new Mouse();
		// 笔记本使用鼠标
		nb.useUSB(m);
		// 创建键盘实体对象
		KeyBoard kb = new KeyBoard();
		// 笔记本使用键盘
		nb.useUSB(kb);
		// 笔记本关闭
		nb.shutDown();
	}
}