Java基础接口、多态

更新时间:2019-07-15 16:23:00点击次数:308次
今日内容
接口
三大特征——多态
引用类型转换

教学目标
写出定义接口的格式
写出实现接口的格式
说出接口中成员的特点
能够说出使用多态的前提条件
理解多态的向上转型
理解多态的向下转型
能够完成笔记本电脑案例(方法参数为接口)

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。

使用代码如下:


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

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

2.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
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。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
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
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。
接口中,没有构造方法,不能创建对象。
接口中,没有静态代码块。

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
多态: 是指同一行为,具有多个不同表现形式。
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();
}
}

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(); 
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; 
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
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

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 = (Mouse)usb;
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();
}
}

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