day10【接口、多态】

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。 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

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 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

 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】

1. 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();
    }
}
 

 一些分析图：

01-生活中接口的举例

 02-接口的内容小结

在Java 9+版本中，接口的内容可以有：

1. 成员变量其实是常量，格式：
[public] [static] [final] 数据类型 常量名称 = 数据值;
注意：
    常量必须进行赋值，而且一旦赋值不能改变。
    常量名称完全大写，用下划线进行分隔。

2. 接口中最重要的就是抽象方法，格式：
[public] [abstract] 返回值类型 方法名称(参数列表);
注意：实现类必须覆盖重写接口所有的抽象方法，除非实现类是抽象类。

3. 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 }
注意：默认方法也可以被覆盖重写

4. 从Java 8开始，接口里允许定义静态方法，格式：
[public] static 返回值类型 方法名称(参数列表) { 方法体 }
注意：应该通过接口名称进行调用，不能通过实现类对象调用接口静态方法

5. 从Java 9开始，接口里允许定义私有很乏，格式：
普通私有方法：private 返回值类型 方法名称(参数列表) { 方法体 }
静态私有方法：private static 返回值类型 方法名称(参数列表) { 方法体 }
注意：private的方法只有接口自己才能调用，不能被实现类或别人使用。

03-多态的概述：

 04-使用多态的好处

 05-对象的上下转型

 06-笔记本电脑案例分析