接口、多态

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接口、多态

第一章 接口

1.1 概述

接口,是 Java 语言中一种引用类型,是方法的集合,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),私有方法(JDK 9)

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。

引用数据类型:数组,类,接口。

接口的使用,它不能创建对象,但是可以被实现( implements ,类似于被继承)。一个实现接口的类(可以看做是接口的子类),需要实现接口中所有的抽象方法,创建该类对象,就可以调用方法了,否则它必须是一个抽象类。

1.2 定义格式

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

含有抽象方法

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。
代码如下:

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

含有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。

代码如下:

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

含有私有方法和私有静态方法

私有方法:使用 private 修饰,供接口中的默认方法或者静态方法调用。

代码如下:

public interface InterFaceName {
    private void method() {
        // 执行语句
    }
}

1.3 基本的实现

实现的概述

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。

非抽象子类实现接口:

  1. 必须重写接口中所有抽象方法。
  2. 继承了接口的默认方法,即可以直接调用,也可以重写。

实现格式:

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】  
}

抽象方法的使用

必须全部实现,代码如下:

定义接口:

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

定义实现类:

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");
    }
}

定义测试类:

public class InterfaceDemo {
    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

默认方法的使用

可以继承,可以重写,二选一,但是只能通过实现类的对象来调用。

  1. 继承默认方法,代码如下:

定义接口:

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

定义实现类:

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

定义测试类:

public class InterfaceDemo {
    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
  1. 重写默认方法,代码如下:

定义接口:

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

定义实现类:

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

定义测试类:

public class InterfaceDemo {
    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

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:

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

定义实现类:

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

定义测试类:

public class InterfaceDemo {
    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~~~

私有方法的使用

如果一个接口中有多个默认方法,并且方法中有重复的内容,那么可以抽取出来,封装到私有方法中,供默认方法去调用。从设计的角度讲,私有的方法是对默认方法和静态方法的辅助。同学们在已学技术的基础上,可以自行测试。

定义接口:

public interface LiveAble {
    default void func(){
        func1();
        func2();
    }
    private void func1(){
        System.out.println("跑起来~~~");
    }
    private void func2(){
        System.out.println("跑起来~~~");
    }
}

1.4 接口的多实现

之前学过,在继承体系中,一个类只能继承一个父类。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:

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】  
}

[ ]: 表示可选操作。

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");
    }
}

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");
    }
}

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。

优先级的问题

当一个类,既继承一个父类,又实现若干个接口时,父类中的成员方法与接口中的默认方法重名,子类就近选择执行父类的成员方法。代码如下:

定义接口:

interface A {
    public default void methodA(){
        System.out.println("AAAAAAAAAAAA");
    }
}

定义父类:

class D {
    public void methodA(){
        System.out.println("DDDDDDDDDDDD");
    }
}

定义子类:

class C extends D implements A {
   // 未重写methodA方法  
}

定义测试类:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        C c = new C();
        c.methodA();
    }
}
输出结果:
DDDDDDDDDDDD

1.5 接口的多继承【了解】

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");
    }
}

小贴士:
子接口重写默认方法时,default 关键字可以保留。
子类重写默认方法时,default 关键字不可以保留。

1.6 其他成员特点

第二章 多态

2.1 概述

引入

多态是继封装、继承之后,面向对象的第三大特性。

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。

定义

前提【重点】

1 . 继承或者实现【二选一】
2. 方法的重写【意义体现:不重写,无意义】
3. 父类引用指向子类对象【格式体现】

2.2 多态的体现

多态体现的格式:

父类类型 变量名 = new 子类对象;
变量名.方法名();

父类类型:指子类对象继承的父类类型,或者实现的父接口类型。

代码如下:

Fu f = new Zi();
f.method();

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。

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
        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

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便利。

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 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 引用类型转换

多态的转型分为向上转型与向下转型两种:

向上转型

当父类引用指向一个子类对象时,便是向上转型。

使用格式:

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

向下转型

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

使用格式:

子类类型 变量名 = (子类类型) 父类变量名;
如:Cat c =(Cat) a;

为什么要转型

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。

转型演示,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        
    } 
}

转型的异常

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。这两个类型并没有任何继承关系,不符合类型转换的定义。

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 接口多态的综合案例

3.1 笔记本电脑

笔记本电脑( laptop)通常具备使用 USB 设备的功能。在生产时,笔记本都预留了可以插入 USB 设备的 USB 接口,但具体是什么 USB 设备,笔记本厂商并不关心,只要符合 USB 规格的设备都可以。

定义 USB 接口,具备最基本的开启功能和关闭功能。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,实现 USB 接口,否则鼠标和键盘的生产出来也无法使用。

3.2 案例分析

进行描述笔记本类,实现笔记本使用 USB 鼠标、USB 键盘

3.3 案例实现

定义 USB 接口:

interface USB {
    void open();// 开启功能
    void close();// 关闭功能
}

定义鼠标类:

class Mouse implements USB {
    public void open() {
        System.out.println("鼠标开启,红灯闪一闪");
    }
    public void close() {
        System.out.println("鼠标关闭,红灯熄灭");
    }
    public void click(){
        System.out.println("鼠标单击");
    }
}

定义键盘类:


class KeyBoard implements USB {
    public void open() {
        System.out.println("键盘开启,绿灯闪一闪");
    }
    public void close() {
        System.out.println("键盘关闭,绿灯熄灭");
    }
    public void type(){
        System.out.println("键盘打字");
    }
}

定义笔记本类:

class Laptop {
    // 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();
            // 类型转换,调用特有方法
            if(usb instanceof Mouse){
                Mouse m = Mouseusb
                    m.click();
            }else if (usb instanceof KeyBoard){
                KeyBoard kb = (KeyBoard)usb;
                kb.type();
            }
            usb.close();
        }
    }
    public void shutDown() {
        System.out.println("笔记本关闭");
    }
}

测试类,代码如下:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建笔记本实体对象
        Laptop lt = new Laptop();
        // 笔记本开启
        lt.run();
        // 创建鼠标实体对象
		Usb u = new Mouse();
        // 笔记本使用鼠标
        lt.useUSB(u);
        // 创建键盘实体对象
        KeyBoard kb = new KeyBoard();
        // 笔记本使用键盘
        lt.useUSB(kb);
        // 笔记本关闭
        lt.shutDown();
    }
}
  • Java

    Java 是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言,是由 Sun Microsystems 公司于 1995 年 5 月推出的。Java 技术具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性。

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