自学Java之day10_接口、多态

接口

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。接口就是一种公共的规范。在Java中，接口是多个类的公共规范。

定义接口

格式：

public interface 接口名称 {
　　// 接口内容
}

注意：

不同的JDK版本，接口中可以定义的内容是不同的。如下所示：

/*
如果是Java 7，那么接口中可以包含的内容有：
1. 常量
2. 抽象方法

如果是Java 8，还可以额外包含有：
3. 默认方法
4. 静态方法

如果是Java 9，还可以额外包含有：
5. 私有方法
*/

在任何版本的Java中，接口都能定义抽象方法

定义抽象方法的格式：

public abstract 返回值类型方法名称(参数列表);

注意事项：

接口当中的抽象方法，修饰符必须是两个固定的关键字：public abstract
这两个关键字修饰符，可以选择性地省略。
方法的三要素，可以随意定义。

定义接口MyInterfaceAbstract

package demo01;

public interface MyInterfaceAbstract {
    // 这是一个抽象方法
    public abstract void methodAbs1();

    // 这也是抽象方法
    abstract void methodAbs2();

    // 这也是抽象方法
    public void methodAbs3();

    // 这也是抽象方法
    void methodAbs4();
}

接口的使用步骤

1：接口不能直接使用，必须有一个“实现类”来“实现”该接口。
格式：
　　public class 实现类名称 implements 接口名称 {
　　　　// ...
　　}
2：接口的实现类必须覆盖重写（实现）接口中所有的抽象方法。实现：去掉abstract关键字，加上方法体大括号。
3：创建实现类的对象，进行使用。

注意事项：

如果实现类并没有覆盖重写接口中所有的抽象方法，那么这个实现类自己就必须是抽象类。

定义实现类实现接口MyInterfaceAbstract

package demo01;
//接口的实现类必须覆盖重写（实现）接口中所有的抽象方法。
public class MyInterfaceAbstractImp implements MyInterfaceAbstract {
    @Override
    public void methodAbs1() {
        System.out.println("方法1");
    }

    @Override
    public void methodAbs2() {
        System.out.println("方法2");
    }

    @Override
    public void methodAbs3() {
        System.out.println("方法3");
    }

    @Override
    public void methodAbs4() {
        System.out.println("方法4");
    }
}

定义测试类

package demo01;

/*
接口就是多个类的公共规范。
接口是一种引用数据类型，最重要的内容就是其中的：抽象方法。

 */
public class Demo01Interface {

    public static void main(String[] args) {
        // 错误写法！不能直接new接口对象使用。
        //  MyInterfaceAbstract inter = new MyInterfaceAbstract();

        // 创建实现类的对象使用
        MyInterfaceAbstractImp impl = new MyInterfaceAbstractImp();
        impl.methodAbs1();//方法1
        impl.methodAbs2();//方法2
    }

}

从Java 8开始，接口里允许定义默认方法

默认方法：使用 default 修饰，不可省略，供子类调用或者子类重写。

格式：

public default 返回值类型方法名称(参数列表) {
　　方法体
}

主要应用

接口当中的默认方法，可以解决接口升级的问题。

默认方法的使用方式：

接口的默认方法，可以通过接口实现类对象，直接调用。
接口的默认方法，也可以被接口实现类进行覆盖重写。

代码演示

定义含有默认和抽象方法的接口MyInterfaceDefault

package demo01;

public interface MyInterfaceDefault {

    // 抽象方法
    public abstract void methodAbs();

    // 新添加的方法，默认方法
    public default void methodDefault() {
        System.out.println("这是新添加的默认方法");
    }

}

定义接口实现类MyInterfaceDefaultA

package demo01;

public class MyInterfaceDefaultA implements MyInterfaceDefault {
    @Override
    public void methodAbs() {
        System.out.println("实现了抽象方法，AAA");
    }
}

定义接口实现类MyInterfaceDefaultB

package demo01;


public class MyInterfaceDefaultB implements MyInterfaceDefault {
    @Override
    public void methodAbs() {
        System.out.println("实现了抽象方法，BBB");
    }

    @Override
    public void methodDefault() {
        System.out.println("实现类B覆盖重写了接口的默认方法");
    }
}

定义测试类

package demo01;

public class Demo02Interface {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建了实现类对象
        MyInterfaceDefaultA a = new MyInterfaceDefaultA();
        // 调用抽象方法，实际运行的是右侧实现类。
        a.methodAbs();

        // 调用默认方法，如果实现类当中没有，会向上找接口
        a.methodDefault();
        System.out.println("==========");
    
        MyInterfaceDefaultB b = new MyInterfaceDefaultB();
        b.methodAbs();
        // 实现类B覆盖重写了接口的默认方法
        b.methodDefault();
    }

}

代码执行后的结果

从Java 8开始，接口当中允许定义静态方法

静态方法：使用 static 修饰，供接口直接调用。

格式：
public static 返回值类型方法名称(参数列表) {
方法体
}

静态方法的使用

静态与.class 文件相关，只能使用接口名调用，格式：接口名称.静态方法名(参数)。

注意事项：

不能通过接口实现类的对象来调用接口当中的静态方法。

代码演示

定义含有静态方法都接口

public interface MyInterfaceStatic {

    public static void methodStatic() {
        System.out.println("这是接口的静态方法！");
    }

}

定义测试类

package demo01;


/*
注意事项：不能通过接口实现类的对象来调用接口当中的静态方法。
正确用法：通过接口名称，直接调用其中的静态方法。
格式：
接口名称.静态方法名(参数);
 */
public class Demo03Interface {

    public static void main(String[] args) {

        // 直接通过接口名称调用静态方法
        MyInterfaceStatic.methodStatic();//这是接口的静态方法！
    }

}

从Java 9开始，接口当中允许定义私有方法。

普通私有方法，解决多个默认方法之间重复代码问题
格式：
private 返回值类型方法名称(参数列表) {
方法体
}

静态私有方法，解决多个静态方法之间重复代码问题
格式：
private static 返回值类型方法名称(参数列表) {
方法体
}

私有方法的使用

私有方法：只有默认方法可以调用。
私有静态方法：默认方法和静态方法可以调用。

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。

代码演示

package demo01;

public interface MyInterfacePrivate {
    public static void methodDefault1() {
        System.out.println("默认方法1");
        //调用静态私有方法
        methodStaticCommon();
    }

    public default void methodDefault2() {
        System.out.println("默认方法2");
        //调用私有方法
        methodCommon();
        //调用静态私有方法
        methodStaticCommon();
    }

    //定义私有方法
    private void methodCommon() {
        System.out.println("AAA");

    }

    //定义静态私有方法
    private static void methodStaticCommon() {
        System.out.println("AAA");
        System.out.println("BBB");
        System.out.println("CCC");
    }

}

接口在任何版本里都可以定义常量

接口当中也可以定义“成员变量”，但是必须使用public static final三个关键字进行修饰。从效果上看，这其实就是接口的【常量】。

格式：

public static final 数据类型常量名称 = 数据值;

注意事项：

接口当中的常量，可以省略public static final，注意：不写也照样是这样。
接口当中的常量，必须进行赋值；不能不赋值。
接口中常量的名称，使用完全大写的字母，用下划线进行分隔。（推荐命名规则）

代码演示

public interface MyInterfaceConst {

    // 这其实就是一个常量，一旦赋值，不可以修改
    public static final int NUM_OF_MY_CLASS = 12;

}

访问接口中的常量

public class Demo05Interface {

    public static void main(String[] args) {
        // 访问接口当中的常量
        System.out.println(MyInterfaceConst.NUM_OF_MY_CLASS);
    }

}

使用接口的时候，需要注意：

接口是没有静态代码块或者构造方法的。
一个类的直接父类是唯一的，但是一个类可以同时实现多个接口。

格式：

public class MyInterfaceImpl implements MyInterfaceA, MyInterfaceB {
　　// 覆盖重写所有抽象方法
}

如果实现类所实现的多个接口当中，存在重复的抽象方法，那么只需要覆盖重写一次即可。
如果实现类没有覆盖重写所有接口当中的所有抽象方法，那么实现类就必须是一个抽象类。
如果实现类锁实现的多个接口当中，存在重复的默认方法，那么实现类一定要对冲突的默认方法进行覆盖重写。
一个类如果直接父类当中的方法，和接口当中的默认方法产生了冲突，优先用父类当中的方法。
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。

多态

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

多态： 是指同一行为，具有多个不同表现形式。

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】

多态的体现

代码当中体现多态性，其实就是一句话：父类引用指向子类对象。

格式：

父类名称对象名 = new 子类名称();

或者：

接口名称对象名 = new 实现类名称();

多态情况下

成员方法的访问规则:

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。口诀：编译看左边，运行看右边。

成员变量的访问规则：

当使用多态方式调用变量时，首先检查父类中是否有该变量，如果没有，则编译错误；如果有，执行的是父类中的成员变量。口诀：编译看左边，运行看右边。

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。

代码演示

定义父类

package demo01;

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

定义子类

package demo01;

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

定义子类

package demo01;

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

定义测试类：

package demo01;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //传递什么子类，执行什么方法
        showAnimalEat(new Cat());//吃鱼
        showAnimalEat(new Dog());//吃骨头
    }

    //父类类型作为方法形式参数，传递子类对象给方法
    public static void showAnimalEat(Animal a) {
        a.eat();
    }
}

多态的弊端

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。

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

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。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();

例如：

Animal a = new Cat();

向下转型

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。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;

例如：

Cat c =(Cat) a;

转型的异常

转型的过程中，如果我们不给引用变量做类型的校验。很容易报出了 ClassCastException ，类型转换异常！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：

例如

 　　// 向下转型
        if (a instanceof Cat) {
            Cat c = (Cat) a;
            c.catchMouse();//调用Cat特有方法
        } else if (a instanceof Dog) {
            Dog d = (Dog) a;
            d.watchHouse(); // 调用的是 Dog 的 特有方法
        }

接口多态的综合案例

案例

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，要实现USB接口，并具备点击的方法
键盘类，要实现USB接口，具备敲击的方法

代码实现

定义USB接口：

package demo07;

public interface USB {

    public abstract void open(); // 打开设备

    public abstract void close(); // 关闭设备

}

定义鼠标类：

package demo07;

// 鼠标就是一个USB设备
public class Mouse implements USB {
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("打开鼠标");
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println("关闭鼠标");
    }

    public void click() {
        System.out.println("鼠标点击");
    }
}

定义键盘类：

package demo07;

// 键盘就是一个USB设备
public class Keyboard implements USB {
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("打开键盘");
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println("关闭键盘");
    }

    public void type() {
        System.out.println("键盘输入");
    }
}

定义笔记本类：

package demo07;

public class Computer {

    public void powerOn() {
        System.out.println("笔记本电脑开机");
    }

    public void powerOff() {
        System.out.println("笔记本电脑关机");
    }

    // 使用USB设备的方法，使用接口作为方法的参数
    public void useDevice(USB usb) {
        usb.open(); // 打开设备
        if (usb instanceof Mouse) { // 一定要先判断
            Mouse mouse = (Mouse) usb; // 向下转型
            mouse.click();
        } else if (usb instanceof Keyboard) { // 先判断
            Keyboard keyboard = (Keyboard) usb; // 向下转型
            keyboard.type();
        }
        usb.close(); // 关闭设备
    }

}

定义测试类

package demo07;

public class DemoMain {

    public static void main(String[] args) {
        // 首先创建一个笔记本电脑
        Computer computer = new Computer();
        computer.powerOn();

        // 准备一个鼠标，供电脑使用
        //    Mouse mouse = new Mouse();
        // 首先进行向上转型
        USB usbMouse = new Mouse(); // 多态写法
        // 参数是USB类型，我正好传递进去的就是USB鼠标
        computer.useDevice(usbMouse);

        // 创建一个USB键盘
        Keyboard keyboard = new Keyboard(); // 没有使用多态写法
        // 方法参数是USB类型，传递进去的是实现类对象
        computer.useDevice(keyboard); // 正确写法！也发生了向上转型
        // 使用子类对象，匿名对象，也可以
//        computer.useDevice(new Keyboard()); // 也是正确写法

        computer.powerOff();

    }
}

代码执行后的结果