Java面向對象（接口、多態）
面向對象
今日內容介紹
u 接口
u 多態
第1章 接口
1.1 接口概念
接口是功能的集合，同樣可看做是一種數據類型，是比抽象類更為抽象的”類”。
接口只描述所應該具備的方法，並沒有具體實現，具體的實現由接口的實現類(相當於接口的子類)來完成。這樣將功能的定義與實現分離，優化了程序設計。
請記住：一切事物均有功能，即一切事物均有接口。
1.2 接口的定義
與定義類的class不同，接口定義時需要使用interface關鍵字。
定義接口所在的仍為.java文件，雖然聲明時使用的為interface關鍵字的編譯後仍然會產生.class文件。這點可以讓我們將接口看做是一種只包含了功能聲明的特殊類。
定義格式：
public interface 接口名 {
抽象方法1;
抽象方法2;
抽象方法3;
}
使用interface代替了原來的class，其他步驟與定義類相同：
l 接口中的方法均為公共訪問的抽象方法
l 接口中無法定義普通的成員變量
1.3 類實現接口
類與接口的關系為實現關系，即類實現接口。實現的動作類似繼承，只是關鍵字不同，實現使用implements。
其他類(實現類)實現接口後，就相當於聲明：”我應該具備這個接口中的功能”。實現類仍然需要重寫方法以實現具體的功能。
格式：
class 類 implements 接口 {
重寫接口中方法
}
在類實現接口後，該類就會將接口中的抽象方法繼承過來，此時該類需要重寫該抽象方法，完成具體的邏輯。
l 接口中定義功能，當需要具有該功能時，可以讓類實現該接口，只聲明了應該具備該方法，是功能的聲明。
l 在具體實現類中重寫方法，實現功能，是方法的具體實現。
於是，通過以上兩個動作將功能的聲明與實現便分開了。(此時請重新思考：類是現實事物的描述，接口是功能的集合。)
1.4 接口中成員的特點
1、接口中可以定義變量，但是變量必須有固定的修飾符修飾，public static final 所以接口中的變量也稱之為常量，其值不能改變。後面我們會講解static與final關鍵字
2、接口中可以定義方法，方法也有固定的修飾符，public abstract
3、接口不可以創建對象。
4、子類必須覆蓋掉接口中所有的抽象方法後，子類才可以實例化。否則子類是一個抽象類。
interface Demo { ///定義一個名稱為Demo的接口。
public static final int NUM = 3;// NUM的值不能改變
public abstract void show1();
public abstract void show2();
}
//定義子類去覆蓋接口中的方法。類與接口之間的關系是 實現。通過 關鍵字 implements
class DemoImpl implements Demo { //子類實現Demo接口。
//重寫接口中的方法。
public void show1(){}
public void show2(){}
}
1.5 接口的多實現
了解了接口的特點後，那麽想想為什麽要定義接口，使用抽象類描述也沒有問題，接口到底有啥用呢？
接口最重要的體現：解決多繼承的弊端。將多繼承這種機制在java中通過多實現完成了。
interface Fu1
{
void show1();
}
interface Fu2
{
void show2();
}
class Zi implements Fu1,Fu2// 多實現。同時實現多個接口。
{
public void show1(){}
public void show2(){}
}
怎麽解決多繼承的弊端呢？
弊端：多繼承時，當多個父類中有相同功能時，子類調用會產生不確定性。
其實核心原因就是在於多繼承父類中功能有主體，而導致調用運行時，不確定運行哪個主體內容。
為什麽多實現能解決了呢？
因為接口中的功能都沒有方法體，由子類來明確。
1.6 類繼承類同時實現接口
接口和類之間可以通過實現產生關系，同時也學習了類與類之間可以通過繼承產生關系。當一個類已經繼承了一個父類，它又需要擴展額外的功能，這時接口就派上用場了。
子類通過繼承父類擴展功能，通過繼承擴展的功能都是子類應該具備的基礎功能。如果子類想要繼續擴展其他類中的功能呢？這時通過實現接口來完成。
class Fu {
public void show(){}
}
interface Inter {
pulbic abstract void show1();
}
class Zi extends Fu implements Inter {
public void show1() {
}
}
接口的出現避免了單繼承的局限性。父類中定義的事物的基本功能。接口中定義的事物的擴展功能。
1.7 接口的多繼承
學習類的時候，知道類與類之間可以通過繼承產生關系，接口和類之間可以通過實現產生關系，那麽接口與接口之間會有什麽關系。
多個接口之間可以使用extends進行繼承。
interface Fu1{
void show();
}
interface Fu2{
void show1();
}
interface Fu3{
void show2();
}
interface Zi extends Fu1,Fu2,Fu3{
void show3();
}
在開發中如果多個接口中存在相同方法，這時若有個類實現了這些接口，那麽就要實現接口中的方法，由於接口中的方法是抽象方法，子類實現後也不會發生調用的不確定性。
1.8 接口的思想
前面學習了接口的代碼體現，現在來學習接口的思想，接下裏從生活中的例子進行說明。
舉例：我們都知道電腦上留有很多個插口，而這些插口可以插入相應的設備，這些設備為什麽能插在上面呢？主要原因是這些設備在生產的時候符合了這個插口的使用規則，否則將無法插入接口中，更無法使用。發現這個插口的出現讓我們使用更多的設備。
總結：接口在開發中的它好處
1、接口的出現擴展了功能。
2、接口其實就是暴漏出來的規則。
3、接口的出現降低了耦合性，即設備與設備之間實現了解耦。
接口的出現方便後期使用和維護，一方是在使用接口（如電腦），一方在實現接口（插在插口上的設備）。例如：筆記本使用這個規則（接口），電腦外圍設備實現這個規則（接口）。
1.9 接口和抽象的區別
明白了接口思想和接口的用法後，接口和抽象類的區別是什麽呢？接口在生活體現也基本掌握，那在程序中接口是如何體現的呢？
通過實例進行分析和代碼演示抽象類和接口的用法。
1、舉例：
犬：
行為：
吼叫；
吃飯；
緝毒犬：
行為：
吼叫；
吃飯；
緝毒；
2、思考：
由於犬分為很多種類，他們吼叫和吃飯的方式不一樣，在描述的時候不能具體化，也就是吼叫和吃飯的行為不能明確。當描述行為時，行為的具體動作不能明確，這時，可以將這個行為寫為抽象行為，那麽這個類也就是抽象類。
可是當緝毒犬有其他額外功能時，而這個功能並不在這個事物的體系中。這時可以讓緝毒犬具備犬科自身特點的同時也有其他額外功能，可以將這個額外功能定義接口中。
如下代碼演示：
interface 緝毒{
public abstract void 緝毒();
}
//定義犬科的這個提醒的共性功能
abstract class 犬科{
public abstract void 吃飯();
public abstract void 吼叫();
}
// 緝毒犬屬於犬科一種，讓其繼承犬科，獲取的犬科的特性，
//由於緝毒犬具有緝毒功能，那麽它只要實現緝毒接口即可，這樣即保證緝毒犬具備犬科的特性，也擁有了緝毒的功能
class 緝毒犬 extends 犬科 implements 緝毒{
public void 緝毒() {
}
void 吃飯() {
}
void 吼叫() {
}
}
class 緝毒豬 implements 緝毒{
public void 緝毒() {
}
}
3、通過上面的例子總結接口和抽象類的區別：
相同點:
l 都位於繼承的頂端,用於被其他類實現或繼承;
l 都不能直接實例化對象;
l 都包含抽象方法,其子類都必須覆寫這些抽象方法;
區別:
l 抽象類為部分方法提供實現,避免子類重復實現這些方法,提高代碼重用性;接口只能包含抽象方法;
l 一個類只能繼承一個直接父類(可能是抽象類),卻可以實現多個接口;(接口彌補了Java的單繼承)
l 抽象類是這個事物中應該具備的你內容, 繼承體系是一種 is..a關系
l 接口是這個事物中的額外內容,繼承體系是一種 like..a關系
二者的選用:
l 優先選用接口,盡量少用抽象類;
l 需要定義子類的行為,又要為子類提供共性功能時才選用抽象類;
第2章 多態
2.1 多態概述
多態是繼封裝、繼承之後，面向對象的第三大特性。
現實事物經常會體現出多種形態，如學生，學生是人的一種，則一個具體的同學張三既是學生也是人，即出現兩種形態。
Java作為面向對象的語言，同樣可以描述一個事物的多種形態。如Student類繼承了Person類，一個Student的對象便既是Student，又是Person。
Java中多態的代碼體現在一個子類對象(實現類對象)既可以給這個子類(實現類對象)引用變量賦值，又可以給這個子類(實現類對象)的父類(接口)變量賦值。
如Student類可以為Person類的子類。那麽一個Student對象既可以賦值給一個Student類型的引用，也可以賦值給一個Person類型的引用。
最終多態體現為父類引用變量可以指向子類對象。
多態的前提是必須有子父類關系或者類實現接口關系，否則無法完成多態。
在使用多態後的父類引用變量調用方法時，會調用子類重寫後的方法。
2.2 多態的定義與使用格式
多態的定義格式：就是父類的引用變量指向子類對象
父類類型 變量名 = new 子類類型();
變量名.方法名();
l 普通類多態定義的格式
父類 變量名 = new 子類();
如： class Fu {}
class Zi extends Fu {}
//類的多態使用
Fu f = new Zi();
l 抽象類多態定義的格式
抽象類 變量名 = new 抽象類子類();
如： abstract class Fu {
public abstract void method();
}
class Zi extends Fu {
public void method(){
System.out.println(“重寫父類抽象方法”);
}
}
//類的多態使用
Fu fu= new Zi();
l 接口多態定義的格式
接口 變量名 = new 接口實現類();
如： interface Fu {
public abstract void method();
}
class Zi implements Fu {
public void method(){
System.out.println(“重寫接口抽象方法”);
}
}
//接口的多態使用
Fu fu = new Zi();
l 註意事項
同一個父類的方法會被不同的子類重寫。在調用方法時，調用的為各個子類重寫後的方法。
如 Person p1 = new Student();
Person p2 = new Teacher();
p1.work(); //p1會調用Student類中重寫的work方法
p2.work(); //p2會調用Teacher類中重寫的work方法
當變量名指向不同的子類對象時，由於每個子類重寫父類方法的內容不同，所以會調用不同的方法。
2.3 多態-成員的特點
掌握了多態的基本使用後，那麽多態出現後類的成員有啥變化呢？前面學習繼承時，我們知道子父類之間成員變量有了自己的特定變化，那麽當多態出現後，成員變量在使用上有沒有變化呢？
多態出現後會導致子父類中的成員變量有微弱的變化。看如下代碼
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);
}
}
l 多態成員變量
當子父類中出現同名的成員變量時，多態調用該變量時：
編譯時期：參考的是引用型變量所屬的類中是否有被調用的成員變量。沒有，編譯失敗。
運行時期：也是調用引用型變量所屬的類中的成員變量。
簡單記：編譯和運行都參考等號的左邊。編譯運行看左邊。
多態出現後會導致子父類中的成員方法有微弱的變化。看如下代碼
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();
}
}
l 多態成員方法
編譯時期：參考引用變量所屬的類，如果沒有類中沒有調用的方法，編譯失敗。
運行時期：參考引用變量所指的對象所屬的類，並運行對象所屬類中的成員方法。
簡而言之：編譯看左邊，運行看右邊。
2.4 instanceof關鍵字
我們可以通過instanceof關鍵字來判斷某個對象是否屬於某種數據類型。如學生的對象屬於學生類，學生的對象也屬於人類。
使用格式：
boolean b = 對象 instanceof 數據類型;
如
Person p1 = new Student(); // 前提條件，學生類已經繼承了人類
boolean flag = p1 instanceof Student; //flag結果為true
boolean flag2 = p2 instanceof Teacher; //flag結果為false
2.5 多態-轉型
多態的轉型分為向上轉型與向下轉型兩種：
l 向上轉型：當有子類對象賦值給一個父類引用時，便是向上轉型，多態本身就是向上轉型的過程。
使用格式：
父類類型 變量名 = new 子類類型();
如：Person p = new Student();
l 向下轉型：一個已經向上轉型的子類對象可以使用強制類型轉換的格式，將父類引用轉為子類引用，這個過程是向下轉型。如果是直接創建父類對象，是無法向下轉型的！
使用格式：
子類類型 變量名 = (子類類型) 父類類型的變量;
如:Student stu = (Student) p; //變量p 實際上指向Student對象
2.6 多態的好處與弊端
當父類的引用指向子類對象時，就發生了向上轉型，即把子類類型對象轉成了父類類型。向上轉型的好處是隱藏了子類類型，提高了代碼的擴展性。
但向上轉型也有弊端，只能使用父類共性的內容，而無法使用子類特有功能，功能有限制。看如下代碼
//描述動物類，並抽取共性eat方法
abstract class Animal {
abstract void eat();
}
// 描述狗類，繼承動物類，重寫eat方法，增加lookHome方法
class Dog extends Animal {
void eat() {
System.out.println("啃骨頭");
}
void lookHome() {
System.out.println("看家");
}
}
// 描述貓類，繼承動物類，重寫eat方法，增加catchMouse方法
class Cat extends Animal {
void eat() {
System.out.println("吃魚");
}
void catchMouse() {
System.out.println("抓老鼠");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Animal a = new Dog(); //多態形式，創建一個狗對象
a.eat(); // 調用對象中的方法，會執行狗類中的eat方法
// a.lookHome();//使用Dog類特有的方法，需要向下轉型，不能直接使用
// 為了使用狗類的lookHome方法，需要向下轉型
// 向下轉型過程中，可能會發生類型轉換的錯誤，即ClassCastException異常
// 那麽，在轉之前需要做健壯性判斷
if( !a instanceof Dog){ // 判斷當前對象是否是Dog類型
System.out.println("類型不匹配，不能轉換");
return;
}
Dog d = (Dog) a; //向下轉型
d.lookHome();//調用狗類的lookHome方法
}
}
我們來總結一下：
l 什麽時候使用向上轉型：
當不需要面對子類類型時，通過提高擴展性，或者使用父類的功能就能完成相應的操作，這時就可以使用向上轉型。
如：Animal a = new Dog();
a.eat();
l 什麽時候使用向下轉型
當要使用子類特有功能時，就需要使用向下轉型。
如：Dog d = (Dog) a; //向下轉型
d.lookHome();//調用狗類的lookHome方法
l 向下轉型的好處：可以使用子類特有功能。
l 弊端是：需要面對具體的子類對象；在向下轉型時容易發生ClassCastException類型轉換異常。在轉換之前必須做類型判斷。
如：if( !a instanceof Dog){…}
2.7 多態-舉例
我們明確多態使用，以及多態的細節問題後，接下來練習下多態的應用。
l 畢老師和畢姥爺的故事
/*
描述畢老師和畢姥爺，
畢老師擁有講課和看電影功能
畢姥爺擁有講課和釣魚功能
*/
class 畢姥爺 {
void 講課() {
System.out.println("政治");
}
void 釣魚() {
System.out.println("釣魚");
}
}
// 畢老師繼承了畢姥爺，就有擁有了畢姥爺的講課和釣魚的功能，
// 但畢老師和畢姥爺的講課內容不一樣，因此畢老師要覆蓋畢姥爺的講課功能
class 畢老師 extends 畢姥爺 {
void 講課() {
System.out.println("Java");
}
void 看電影() {
System.out.println("看電影");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 多態形式
畢姥爺 a = new 畢老師(); // 向上轉型
a.講課(); // 這裏表象是畢姥爺，其實真正講課的仍然是畢老師，因此調用的也是畢老師的講課功能
a.釣魚(); // 這裏表象是畢姥爺，但對象其實是畢老師，而畢老師繼承了畢姥爺，即畢老師也具有釣魚功能
// 當要調用畢老師特有的看電影功能時，就必須進行類型轉換
畢老師 b = (畢老師) a; // 向下轉型
b.看電影();
}
}
學習到這裏，面向對象的三大特征學習完了。
總結下封裝、繼承、多態的作用：
l 封裝：把對象的屬性與方法的實現細節隱藏，僅對外提供一些公共的訪問方式
l 繼承：子類會自動擁有父類所有可繼承的屬性和方法。
l 多態：配合繼承與方法重寫提高了代碼的復用性與擴展性；如果沒有方法重寫，則多態同樣沒有意義。
第3章 筆記本電腦案例
3.1 案例介紹
定義USB接口（具備開啟功能、關閉功能），筆記本要使用USB設備，即筆記本在生產時需要預留可以插入USB設備的USB接口，即就是筆記本具備使用USB設備的功能，但具體是什麽USB設備，筆記本並不關心，只要符合USB規格的設備都可以。鼠標和鍵盤要想能在電腦上使用，那麽鼠標和鍵盤也必須遵守USB規範，不然鼠標和鍵盤的生產出來無法使用
進行描述筆記本類，實現筆記本使用USB鼠標、USB鍵盤
l USB接口，包含開啟功能、關閉功能
l 筆記本類，包含運行功能、關機功能、使用USB設備功能
l 鼠標類，要符合USB接口
l 鍵盤類，要符合USB接口
3.2 案例需求分析
階段一：
使用筆記本，筆記本有運行功能，需要筆記本對象來運行這個功能
階段二：
想使用一個鼠標，又有一個功能使用鼠標，並多了一個鼠標對象。
階段三：
還想使用一個鍵盤 ，又要多一個功能和一個對象
問題：每多一個功能就需要在筆記本對象中定義一個方法，不爽，程序擴展性極差。
降低鼠標、鍵盤等外圍設備和筆記本電腦的耦合性。
3.3 實現代碼步驟
l 定義鼠標、鍵盤，筆記本三者之間應該遵守的規則
interface USB {
void open();// 開啟功能
void close();// 關閉功能
}
l 鼠標實現USB規則
class Mouse implements USB {
public void open() {
System.out.println("鼠標開啟");
}
public void close() {
System.out.println("鼠標關閉");
}
}
l 鍵盤實現USB規則
class KeyBoard implements USB {
public void open() {
System.out.println("鍵盤開啟");
}
public void close() {
System.out.println("鍵盤關閉");
}
}
l 定義筆記本
class NoteBook {
// 筆記本開啟運行功能
public void run() {
System.out.println("筆記本運行");
}
// 筆記本使用usb設備，這時當筆記本對象調用這個功能時，必須給其傳遞一個符合USB規則的USB設備
public void useUSB(USB usb) {
// 判斷是否有USB設備
if (usb != null) {
usb.open();
usb.close();
}
}
public void shutDown() {
System.out.println("筆記本關閉");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 創建筆記本實體對象
NoteBook nb = new NoteBook();
// 筆記本開啟
nb.run();
// 創建鼠標實體對象
Mouse m = new Mouse();
// 筆記本使用鼠標
nb.useUSB(m);
// 創建鍵盤實體對象
KeyBoard kb = new KeyBoard();
// 筆記本使用鍵盤
nb.useUSB(kb);
// 筆記本關閉
nb.shutDown();
}
}
第4章 總結
4.1 知識點總結
l 接口：理解為是一個特殊的抽象類，但它不是類，是一個接口
l 接口的特點：
1，定義一個接口用interface關鍵字
interface Inter{}
2，一個類實現一個接口，實現implements關鍵字
class Demo implements Inter{}
3, 接口不能直接創建對象
通過多態的方式，由子類來創建對象，接口多態
l 接口中的成員特點：
成員變量：
只能是final 修飾的常量
默認修飾符： public static final
構造方法：
無
成員方法：
只能是抽象方法
默認修飾符: public abstract
l 類與類，類與接口，接口與接口之間的關系
類與類之間：繼承關系，單繼承，可以是多層繼承
類與接口之間: 實現關系，單實現，也可以多實現
接口與接口之間：繼承關系，單繼承，也可以是多繼承
Java中的類可以繼承一個父類的同時，實現多個接口
l 多態：理解為同一種物質的多種形態
l 多態使用的前提：
1，有繼承或者實現關系
2，要方法重寫
3，父類引用指向子類對象
l 多態的成員訪問特點：
方法的運行看右邊，其他都看左邊
l 多態的好處：
提高了程序的擴展性
l 多態的弊端：
不能訪問子類的特有功能
l 多態的分類
l 類的多態
abstract class Fu {
public abstract void method();
}
class Zi extends Fu {
public void method(){
System.out.println(“重寫父類抽象方法”);
}
}
//類的多態使用
Fu fu= new Zi();
l 接口的多態
interface Fu {
public abstract void method();
}
class Zi implements Fu {
public void method(){
System.out.println(“重寫接口抽象方法”);
}
}
//接口的多態使用
Fu fu = new Zi();
l instanceof 關鍵字
格式： 對象名 instanceof 類名
返回值： true, false
作用： 判斷指定的對象 是否為 給定類創建的對象
Java面向對象（接口、多態）