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。接口就是类的公共规范

定义格式

public interface 接口名称 {
　　// 接口内容
}

在任何版本的Java中，接口都能定义抽象方法

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。

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，可以根据需求随意定义。

举例：

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();

}

在任何版本的Java中，接口都能定义常量

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）

举例：

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;

}

接口使用步骤：

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。

举例：

定义接口

package demo01;

public interface MyInterfaceAbstract {
    // 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;

    // 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();

}

定义实现类

package demo01;

public class MyInterfaceAbstractImpl implements MyInterfaceAbstract {
    @Override
    public void methodAbs1() {
        System.out.println("这是第一个方法！");
    }

    @Override
    public void methodAbs2() {
        System.out.println("这是第二个方法！");
    }

    @Override
    public void methodAbs3() {
        System.out.println("这是第三个方法！");
    }

    @Override
    public void methodAbs4() {
        System.out.println("这是第四个方法！");
    }
}

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。

如何定义一个接口的格式：
public interface 接口名称 {
    // 接口内容
}

备注：换成了关键字interface之后，编译生成的字节码文件仍然是：.java --> .class。

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

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。
 */
public class Demo01Interface {

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

        // 创建实现类的对象使用
        MyInterfaceAbstractImpl impl = new MyInterfaceAbstractImpl();
        //使用实现类的抽象方法
        impl.methodAbs1();
        impl.methodAbs2();
        impl.methodAbs2();
        impl.methodAbs4();
        // 访问接口当中的常量
        System.out.println(MyInterfaceAbstract.NUM_OF_MY_CLASS);
    }

}

代码执行后的结果

从Java 8开始，接口里允许定义默认方法

格式：

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

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

• 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。

举例：

定义含有默认方法的接口

public interface MyInterfaceDefault {

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

}

定义实现类继承默认方法

package demo01;

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

定义实现类重写默认方法

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;

/*
1. 接口的默认方法，可以通过接口实现类对象，直接调用。
2. 接口的默认方法，也可以被接口实现类进行覆盖重写。
 */
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("=======================");
        
        // 创建了实现类对象
        MyInterfaceDefaultB b = new MyInterfaceDefaultB();
        b.methodAbs();
        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

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，不可以通过实现类的类名或者实现类的对象调用

举例：

定义含有静态方法的接口

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) {
        // 创建了实现类对象
        MyInterfaceStaticImpl impl = new MyInterfaceStaticImpl();

        // 错误写法！ impl.methodStatic();

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

}

代码执行后的结果

从Java 9开始，接口当中允许定义私有方法

1. 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
}

2. 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。

举例：

package demo01;

public interface MyInterfacePrivateB {
    //静态方法
    public static void methodStatic1() {
        System.out.println("静态方法1");
        //静态私有方法，解决多个静态方法之间重复代码问题
        methodStaticCommon();
    }

    //默认方法
    public default void methodDefault1() {
        System.out.println("默认方法1");
        //普通私有方法，解决多个默认方法之间重复代码问题
        methodCommon();
    }

    //普通私有方法
    private void methodCommon() {
        System.out.println("AAA");
        System.out.println("BBB");
        System.out.println("CCC");
    }

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

}

使用接口的时候，需要注意：

1：接口是没有静态代码块或者构造方法的。
2：一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
　　}
3：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。
4：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。
5：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。
6：一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。

小结：

• 类与类之间是单继承的。直接父类只有一个。
• 类与接口之间是多实现的。一个类可以实现多个接口。
• 接口与接口之间是多继承的。
• 多个父接口当中的抽象方法如果重复，没关系。
• 多个父接口当中的默认方法如果重复，那么子接口必须进行默认方法的覆盖重写，而且带着default关键字。

多态

由来

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

格式：

多态情况下成员变量的访问情况

访问成员变量的两种方式：

• 直接通过对象名称访问成员变量：看等号左边是谁，优先用谁，没有则向上找。
• 间接通过成员方法访问成员变量：看该方法属于谁，优先用谁，没有则向上找。

访问成员方法

• 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。

简单记

• 成员变量：编译看左边，运行还看左边。
• 成员方法：编译看左边，运行看右边。

举例：

定义父类

package demo02;


public class Fu /*extends Object*/ {

    int num = 10;

    public void showNum() {
        System.out.println(num);
    }

    public void method() {
        System.out.println("父类方法");
    }

    public void methodFu() {
        System.out.println("父类特有方法");
    }

}

定义子类

package demo02;


public class Zi extends Fu {

    int num = 20;

    int age = 16;

    @Override
    public void showNum() {
        System.out.println(num);
    }

    @Override
    public void method() {
        System.out.println("子类方法");
    }

    public void methodZi() {
        System.out.println("子类特有方法");
    }
}

定义测试类

package demo02;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用多态的写法，父类引用指向子类对象
        Fu obj = new Zi();
        System.out.println(obj.num); 
        // System.out.println(obj.age); 错误写法！

        //通过成员方法，间接访问成员变量，子类没有覆盖重写，就是父 。子类如果覆盖重写，就是子：

        obj.showNum();
        // 方法父子都有，优先用子
        obj.method();
        // 方法子类没有，父类有，向上找到父类
        obj.methodFu();
        //obj.methodZi(); 错误写法！ 编译看左边，左边是Fu，Fu当中没有methodZi方法，所以编译报错。
    }
}

代码执行后的结果

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。

举例：

定义父类

package demo03;

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

定义子类Cat

package demo03;

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

定义子类Dog

package demo03;

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

定义测试类类

package demo03;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 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();
    }
    //父类类型作为方法形式参数
    public static void showAnimalEat(Animal a) {
        a.eat();
    }
}

代码执行后的结果

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。

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"。怎么解决多态的弊端了，这就不得不提引用类型转换。

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(); 
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
Cat c =(Cat) a;

转型的异常

向上转型是绝对安全的，比如说把学生当中人类看待是百分之百正确的。向下转型可能会报出了 ClassCastException ，类型转换异常！因为不是百分之百的人类都是学生。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：

举例：

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

接口多态的综合案例

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。

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

• 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

案例实现

定义USB接口：

package demo04;

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 demo04;

// 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 demo04;


// 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 demo04;


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 demo04;


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
        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