第九章面向对象【接口,多态】-优快云博客

本文详细讲解了Java中的接口概念，包括抽象方法、默认方法、静态方法的定义与使用，接口的多态实现、多继承以及抽象类与接口的区别。深入探讨了多态原理、优势及转型注意事项，最后通过案例展示了接口在实际开发中的应用。

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第九章面向对象【接口,多态】

9.1 接口

9.1.1 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）。

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。

public class 类名.java–>.class

public interface 接口名.java–>.class

  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。

9.1.2 定义格式

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

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 } }

9.1.3 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：

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。

实现格式：

class 类名 implements 接口名{
	//重写接口类中的抽象方法【必须】
	//重写接口中的默认方法【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。

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

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 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~~

成员变量的使用

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：

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 int NUM2= 100; // 正确 , 完整写法 
	}

定义测试类：

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

9.1.4 接口的多态实现

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，实现类可继承使用。如果默认方法有重名，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，原因时只能通过各自接口访问静态方法。

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

9.1.5 接口的多继承

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("AAAAAAAA");
		}
}

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

定义子接口：

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

9.1.6 抽象类和接口对比（小结）

相同点：
都位于继承的顶端，用于被其他类实现或者继承；

都不能直接实例化对象；

都包含抽象方法，其子类方法必须覆盖这些抽象方法；
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

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

9.2 多态

9.2.1 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。
在这里插入图片描述

定义

多态：是指同一行为具有多个不同表现形式。

前提条件【重点】

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】父类对象名 = new 子类对象()

9.2.2 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(); 
	} 
}

9.2.3 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) { 
	// 普通形式，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。

9.2.4 引用类型转换

多态的转型分为向上转型和向下转型两种：

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 
	} 
} 
}

9.3 综合案例

9.3.1 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，不然鼠标和键盘插在电脑上无法使用;

需求: 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

9.3.2 代码实现

//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();
	}
}