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JavaSE基础教程(十一)接口、多态、笔记本电脑案例

编程语言 Geekerstar 1年前 (2018-04-26) 261次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码
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第1章 接口

1.1 接口概念

接口是功能的集合,同样可看做是一种数据类型,是比抽象类更为抽象的”类”。

接口只描述所应该具备的方法,并没有具体实现,具体的实现由接口的实现类(相当于接口的子类)来完成。这样将功能的定义与实现分离,优化了程序设计。

请记住:一切事物均有功能,即一切事物均有接口。

1.2 接口的定义

与定义类的class不同,接口定义时需要使用interface关键字。

定义接口所在的仍为.java文件,虽然声明时使用的为interface关键字的编译后仍然会产生.class文件。这点可以让我们将接口看做是一种只包含了功能声明的特殊类。

定义格式:

public interface 接口名 {
        抽象方法1;
        抽象方法2;
        抽象方法3;
}

使用interface代替了原来的class,其他步骤与定义类相同:

  • 接口中的方法均为公共访问的抽象方法
  • 接口中无法定义普通的成员变量

1.3 类实现接口

类与接口的关系为实现关系,即类实现接口。实现的动作类似继承,只是关键字不同,实现使用implements。

其他类(实现类)实现接口后,就相当于声明:”我应该具备这个接口中的功能”。实现类仍然需要重写方法以实现具体的功能。

格式:

class 类 implements 接口 {
	重写接口中方法
} 

在类实现接口后,该类就会将接口中的抽象方法继承过来,此时该类需要重写该抽象方法,完成具体的逻辑。

  • 接口中定义功能,当需要具有该功能时,可以让类实现该接口,只声明了应该具备该方法,是功能的声明。
  • 在具体实现类中重写方法,实现功能,是方法的具体实现。

于是,通过以上两个动作将功能的声明与实现便分开了。(此时请重新思考:类是现实事物的描述,接口是功能的集合。)

1.4 接口中成员的特点

1、接口中可以定义变量,但是变量必须有固定的修饰符修饰,public static final 所以接口中的变量也称之为常量,其值不能改变。后面我们会讲解static与final关键字

2、接口中可以定义方法,方法也有固定的修饰符,public abstract

3、接口不可以创建对象。

4、子类必须覆盖掉接口中所有的抽象方法后,子类才可以实例化。否则子类是一个抽象类。

interface Demo { ///定义一个名称为Demo的接口。
	public static final int NUM = 3;// NUM的值不能改变
	public abstract void show1();
	public abstract void show2();
}

//定义子类去覆盖接口中的方法。类与接口之间的关系是 实现。通过 关键字 implements
class DemoImpl implements Demo { //子类实现Demo接口。
	//重写接口中的方法。
	public void show1(){}
	public void show2(){}
}

1.5 接口的多实现

了解了接口的特点后,那么想想为什么要定义接口,使用抽象类描述也没有问题,接口到底有啥用呢?

接口最重要的体现:解决多继承的弊端。将多继承这种机制在java中通过多实现完成了。

interface Fu1
{
	void show1();
}
interface Fu2
{
	void show2();
}
class Zi implements Fu1,Fu2// 多实现。同时实现多个接口。
{
	public void show1(){}
	public void show2(){}
}

怎么解决多继承的弊端呢?

弊端:多继承时,当多个父类中有相同功能时,子类调用会产生不确定性。

其实核心原因就是在于多继承父类中功能有主体,而导致调用运行时,不确定运行哪个主体内容。

为什么多实现能解决了呢?

因为接口中的功能都没有方法体,由子类来明确。

1.6 类继承类同时实现接口

接口和类之间可以通过实现产生关系,同时也学习了类与类之间可以通过继承产生关系。当一个类已经继承了一个父类,它又需要扩展额外的功能,这时接口就派上用场了。

子类通过继承父类扩展功能,通过继承扩展的功能都是子类应该具备的基础功能。如果子类想要继续扩展其他类中的功能呢?这时通过实现接口来完成。

class Fu {
	public void show(){}
}
interface Inter {
	pulbic abstract void show1();
}
class Zi extends Fu implements Inter {
	public void show1() {
	}
}

接口的出现避免了单继承的局限性。父类中定义的事物的基本功能。接口中定义的事物的扩展功能。

1.7 接口的多继承

学习类的时候,知道类与类之间可以通过继承产生关系,接口和类之间可以通过实现产生关系,那么接口与接口之间会有什么关系。

多个接口之间可以使用extends进行继承。

interface Fu1{
	void show();
}
interface Fu2{
	void show1();
}
interface Fu3{
	void show2();
}
interface Zi extends Fu1,Fu2,Fu3{
	void show3();
}

在开发中如果多个接口中存在相同方法,这时若有个类实现了这些接口,那么就要实现接口中的方法,由于接口中的方法是抽象方法,子类实现后也不会发生调用的不确定性。

1.8 接口的思想

前面学习了接口的代码体现,现在来学习接口的思想,接下里从生活中的例子进行说明。

举例:我们都知道电脑上留有很多个插口,而这些插口可以插入相应的设备,这些设备为什么能插在上面呢?主要原因是这些设备在生产的时候符合了这个插口的使用规则,否则将无法插入接口中,更无法使用。发现这个插口的出现让我们使用更多的设备。

总结:接口在开发中的它好处

  • 接口的出现扩展了功能。
  • 接口其实就是暴漏出来的规则。
  • 接口的出现降低了耦合性,即设备与设备之间实现了解耦。

接口的出现方便后期使用和维护,一方是在使用接口(如电脑),一方在实现接口(插在插口上的设备)。例如:笔记本使用这个规则(接口),电脑外围设备实现这个规则(接口)。

1.9 接口和抽象的区别

明白了接口思想和接口的用法后,接口和抽象类的区别是什么呢?接口在生活体现也基本掌握,那在程序中接口是如何体现的呢?

通过实例进行分析和代码演示抽象类和接口的用法。

1、举例:

犬:
	行为:
		吼叫;
		吃饭;
缉毒犬:
	行为:
		吼叫;
		吃饭;
		缉毒;

2、思考:

由于犬分为很多种类,他们吼叫和吃饭的方式不一样,在描述的时候不能具体化,也就是吼叫和吃饭的行为不能明确。当描述行为时,行为的具体动作不能明确,这时,可以将这个行为写为抽象行为,那么这个类也就是抽象类。

可是当缉毒犬有其他额外功能时,而这个功能并不在这个事物的体系中。这时可以让缉毒犬具备犬科自身特点的同时也有其他额外功能,可以将这个额外功能定义接口中。

如下代码演示:

interface 缉毒{
	public abstract void 缉毒();
}
//定义犬科的这个提醒的共性功能
abstract class 犬科{
public abstract void 吃饭();
public abstract void 吼叫();
}
// 缉毒犬属于犬科一种,让其继承犬科,获取的犬科的特性,
//由于缉毒犬具有缉毒功能,那么它只要实现缉毒接口即可,这样即保证缉毒犬具备犬科的特性,也拥有了缉毒的功能
class 缉毒犬 extends 犬科 implements 缉毒{

	public void 缉毒() {
	}
	void 吃饭() {
	}
	void 吼叫() {
	}
}
class 缉毒猪 implements 缉毒{
	public void 缉毒() {
	}
}

3、通过上面的例子总结接口和抽象类的区别:

相同点:

  • 都位于继承的顶端,用于被其他类实现或继承;
  • 都不能直接实例化对象;
  • 都包含抽象方法,其子类都必须覆写这些抽象方法;

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)
  • 抽象类是这个事物中应该具备的你内容, 继承体系是一种.a关系
  • 接口是这个事物中的额外内容,继承体系是一种.a关系

二者的选用:

  • 优先选用接口,尽量少用抽象类;
  • 需要定义子类的行为,又要为子类提供共性功能时才选用抽象类;

第2章 多态

2.1 多态概述

多态是继封装、继承之后,面向对象的第三大特性。

现实事物经常会体现出多种形态,如学生,学生是人的一种,则一个具体的同学张三既是学生也是人,即出现两种形态。

Java作为面向对象的语言,同样可以描述一个事物的多种形态。如Student类继承了Person类,一个Student的对象便既是Student,又是Person。

Java中多态的代码体现在一个子类对象(实现类对象)既可以给这个子类(实现类对象)引用变量赋值,又可以给这个子类(实现类对象)的父类(接口)变量赋值。

如Student类可以为Person类的子类。那么一个Student对象既可以赋值给一个Student类型的引用,也可以赋值给一个Person类型的引用。

最终多态体现为父类引用变量可以指向子类对象。

多态的前提是必须有子父类关系或者类实现接口关系,否则无法完成多态。

在使用多态后的父类引用变量调用方法时,会调用子类重写后的方法。

2.2 多态的定义与使用格式

多态的定义格式:就是父类的引用变量指向子类对象

父类类型  变量名 = new 子类类型();
变量名.方法名();
  • 普通类多态定义的格式
父类 变量名 = new 子类();
如:	
class Fu {}
	class Zi extends Fu {}
	//类的多态使用
Fu f = new Zi();
  • 抽象类多态定义的格式
抽象类 变量名 = new 抽象类子类();
如:	
abstract class Fu {
         public abstract void method();
}
class Zi extends Fu {
        public void method(){
		 System.out.println(“重写父类抽象方法”);
         }
}
//类的多态使用
Fu fu= new Zi();
  • 接口多态定义的格式
接口 变量名 = new 接口实现类();
如: 
interface Fu {
	public abstract void method();
}
class Zi implements Fu {
	public void method(){
    	System.out.println(“重写接口抽象方法”);
	}
}
//接口的多态使用
Fu fu = new Zi();
  • 注意事项

同一个父类的方法会被不同的子类重写。在调用方法时,调用的为各个子类重写后的方法。

Person p1 = new Student();
Person p2 = new Teacher();
p1.work(); //p1会调用Student类中重写的work方法
p2.work(); //p2会调用Teacher类中重写的work方法

当变量名指向不同的子类对象时,由于每个子类重写父类方法的内容不同,所以会调用不同的方法。

2.3 多态-成员的特点

掌握了多态的基本使用后,那么多态出现后类的成员有啥变化呢?前面学习继承时,我们知道子父类之间成员变量有了自己的特定变化,那么当多态出现后,成员变量在使用上有没有变化呢?

多态出现后会导致子父类中的成员变量有微弱的变化。看如下代码

class Fu {
	int num = 4;
}
class Zi extends Fu {
	int num = 5;
}
class Demo {
	public static void main(String[] args) 	{
		Fu f = new Zi();
		System.out.println(f.num);
		Zi z = new Zi();
		System.out.println(z.num);
	}
}
  • 多态成员变量

当子父类中出现同名的成员变量时,多态调用该变量时:

编译时期:参考的是引用型变量所属的类中是否有被调用的成员变量。没有,编译失败。

运行时期:也是调用引用型变量所属的类中的成员变量。

简单记:编译和运行都参考等号的左边。编译运行看左边。

class Fu {
	int num = 4;
	void show()	{
		System.out.println("Fu show num");
	}
}
class Zi extends Fu {
	int num = 5;
	void show()	{
		System.out.println("Zi show num");
	}
}
class Demo {
	public static void main(String[] args) 	{
		Fu f = new Zi();
		f.show();
	}
}
  • 多态成员方法

编译时期:参考引用变量所属的类,如果没有类中没有调用的方法,编译失败。

运行时期:参考引用变量所指的对象所属的类,并运行对象所属类中的成员方法。

简而言之:编译看左边,运行看右边。

2.4 instanceof关键字

我们可以通过instanceof关键字来判断某个对象是否属于某种数据类型。如学生的对象属于学生类,学生的对象也属于人类。

使用格式:

boolean  b  = 对象  instanceof  数据类型;

Person p1 = new Student(); // 前提条件,学生类已经继承了人类
boolean flag = p1 instanceof Student; //flag结果为true
boolean flag2 = p2 instanceof Teacher; //flag结果为false

2.5 多态-转型

多态的转型分为向上转型与向下转型两种:

  • 向上转型:当有子类对象赋值给一个父类引用时,便是向上转型,多态本身就是向上转型的过程。

使用格式:

父类类型  变量名 = new 子类类型();
如:Person p = new Student();
  • 向下转型:一个已经向上转型的子类对象可以使用强制类型转换的格式,将父类引用转为子类引用,这个过程是向下转型。如果是直接创建父类对象,是无法向下转型的!

使用格式:

子类类型 变量名 = (子类类型) 父类类型的变量;
如:Student stu = (Student) p;  //变量p 实际上指向Student对象

2.6 多态的好处与弊端

当父类的引用指向子类对象时,就发生了向上转型,即把子类类型对象转成了父类类型。向上转型的好处是隐藏了子类类型,提高了代码的扩展性。

但向上转型也有弊端,只能使用父类共性的内容,而无法使用子类特有功能,功能有限制。看如下代码

//描述动物类,并抽取共性eat方法
abstract class Animal {
	abstract void eat();
}
 
// 描述狗类,继承动物类,重写eat方法,增加lookHome方法
class Dog extends Animal {
	void eat() {
		System.out.println("啃骨头");
	}

	void lookHome() {
		System.out.println("看家");
	}
}

// 描述猫类,继承动物类,重写eat方法,增加catchMouse方法
class Cat extends Animal {
	void eat() {
		System.out.println("吃鱼");
	}

	void catchMouse() {
		System.out.println("抓老鼠");
	}
}

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		Animal a = new Dog(); //多态形式,创建一个狗对象
		a.eat(); // 调用对象中的方法,会执行狗类中的eat方法
		// a.lookHome();//使用Dog类特有的方法,需要向下转型,不能直接使用
		
		// 为了使用狗类的lookHome方法,需要向下转型
// 向下转型过程中,可能会发生类型转换的错误,即ClassCastException异常
		// 那么,在转之前需要做健壮性判断 
		if( !a instanceof Dog){ // 判断当前对象是否是Dog类型
		 		System.out.println("类型不匹配,不能转换"); 
		 		return; 
		} 
		Dog d = (Dog) a; //向下转型
		d.lookHome();//调用狗类的lookHome方法
	}
}

我们来总结一下:

  • 什么时候使用向上转型:

当不需要面对子类类型时,通过提高扩展性,或者使用父类的功能就能完成相应的操作,这时就可以使用向上转型。

Animal a = new Dog();
a.eat();
  • 什么时候使用向下转型

当要使用子类特有功能时,就需要使用向下转型。

Dog d = (Dog) a; //向下转型
d.lookHome();//调用狗类的lookHome方法
  • 向下转型的好处:可以使用子类特有功能。
  • 弊端是:需要面对具体的子类对象;在向下转型时容易发生ClassCastException类型转换异常。在转换之前必须做类型判断。
if( !a instanceof Dog){…}

2.7 多态-举例

我们明确多态使用,以及多态的细节问题后,接下来练习下多态的应用。

  • 毕老师和毕姥爷的故事
/*
描述毕老师和毕姥爷,
毕老师拥有讲课和看电影功能
毕姥爷拥有讲课和钓鱼功能
*/
class 毕姥爷 {
	void 讲课() {
		System.out.println("政治");
	}

	void 钓鱼() {
		System.out.println("钓鱼");
	}
}

// 毕老师继承了毕姥爷,就有拥有了毕姥爷的讲课和钓鱼的功能,
// 但毕老师和毕姥爷的讲课内容不一样,因此毕老师要覆盖毕姥爷的讲课功能
class 毕老师 extends 毕姥爷 {
	void 讲课() {
		System.out.println("Java");
	}

	void 看电影() {
		System.out.println("看电影");
	}
}

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		// 多态形式
		毕姥爷 a = new 毕老师(); // 向上转型
		a.讲课(); // 这里表象是毕姥爷,其实真正讲课的仍然是毕老师,因此调用的也是毕老师的讲课功能
		a.钓鱼(); // 这里表象是毕姥爷,但对象其实是毕老师,而毕老师继承了毕姥爷,即毕老师也具有钓鱼功能

		// 当要调用毕老师特有的看电影功能时,就必须进行类型转换
		毕老师 b = (毕老师) a; // 向下转型
		b.看电影();
	}
}

学习到这里,面向对象的三大特征学习完了。

总结下封装、继承、多态的作用:

  • 封装:把对象的属性与方法的实现细节隐藏,仅对外提供一些公共的访问方式
  • 继承:子类会自动拥有父类所有可继承的属性和方法。
  • 多态:配合继承与方法重写提高了代码的复用性与扩展性;如果没有方法重写,则多态同样没有意义。

第3章 笔记本电脑案例

3.1 案例介绍

定义USB接口(具备开启功能、关闭功能),笔记本要使用USB设备,即笔记本在生产时需要预留可以插入USB设备的USB接口,即就是笔记本具备使用USB设备的功能,但具体是什么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,不然鼠标和键盘的生产出来无法使用

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

3.2 案例需求分析

阶段一:

使用笔记本,笔记本有运行功能,需要笔记本对象来运行这个功能

阶段二:

想使用一个鼠标,又有一个功能使用鼠标,并多了一个鼠标对象。

阶段三:

还想使用一个键盘 ,又要多一个功能和一个对象

问题:每多一个功能就需要在笔记本对象中定义一个方法,不爽,程序扩展性极差。

降低鼠标、键盘等外围设备和笔记本电脑的耦合性。

3.3 实现代码步骤

  • 定义鼠标、键盘,笔记本三者之间应该遵守的规则
interface USB {
	void open();// 开启功能
	void close();// 关闭功能
}
  • 鼠标实现USB规则
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
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
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");
	}
}
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();
	}
}

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