面向对象接口多态

第 3 天 面向对象
今日内容介绍 接口 多态 笔记本案例今日学习目标 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 接口和抽象类的区别 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 1 章 接口
1.1 接口概念
类: 具有相同属性和功能的事物集合
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 实现类 implements 接口 {
重写接口中所有方法
} 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、接口中可以定义成员变量，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 abstract3、接口不可以创建对象。4、实现类必须覆盖掉接口中所有的抽象方法后，实现类才可以实例化。否则实现类是一个抽象类。
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 接口特点
 接口可以继承接口如同类继承类后便拥有了父类的成员，可以使用父类的非私有成员。A 接口继承 B 接口后，A 接口便拥有了 A、B 两个接口中所有的抽象方法。 Java 支持一个类同时实现多个接口，或一个接口同时继承多个接口。 类可以在继承一个类的同时，实现多个接口。 接口与父类的功能可以重复，均代表要具备某种功能，并不冲突。
1.6 接口和抽象类的区别 *
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; 都可以包含抽象方法, 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)
 抽象类为继承体系中的共性内容, 接口为继承体系外的扩展功能
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 多态代码体现
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。
具体格式如下：父类引用指向子类对象就是多态的定义格式。同一个父类的方法会被不同的子类重写为各自的具体实现。在调用方法时，调用的为各个子类重写后的方法。父类类型 变量名 = new 子类类型(); 变量名. 方法名(); 此时，虽然该变量指向的是子类对象，但表现为一个父类的形态，可以调用一切父类的方法，子类特有的方法将不能调用。
2.3 多态调用注意事项
 成员变量编译看父类中是否存在, 不存在编译失败 成员变量运行父类中的变量 成员方法编译看父类中是否存在, 不存在编译失败 成员方法运行子类重写的方法
2.4 多态的好处和弊端(猫狗的案例)**
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。如：在 Boss 类中，有叫员工去工作的方法，当该方法的参数定义为接口时，可以传入任意的子类对象。相比定义多个子类参数，定义多个方法，这样大大提高了代码复用性与扩展性。
class Boss{
public void goToWork(Empolyee e){
e.work();
}
}

所以多态的存在意义 (优点) 为：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。
多态的弊端: 不能调用子类的特有方法

2.5 向上向下类型转换
多态本身是子类类型向父类类型向上转型的过程。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：Animal p = new Cat(); 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:Cat c = (Cat) a; // 变量 p 实际上指向 Cat 对象
 instanceof 关键字使用格式：boolean b = 引用变量 instanceof 类;if(a instanceof Dog){Dog d = (Dog)a;}
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 {
publicvoid open() {
System.out.println(“ 鼠标开启 ”);
}
publicvoid close() {
System.out.println(“ 鼠标关闭 ”);
}
}
 键盘实现 USB 规则 class KeyBoard implements USB {
publicvoid open() {
System.out.println(“ 键盘开启 ”);
}
publicvoid close() {
System.out.println(“ 键盘关闭 ”);
}
}
 定义笔记本
class NoteBook {
// 笔记本开启运行功能
publicvoid 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
publicvoid useUSB(USB usb) {
// 判断是否有 USB 设备
if (usb != null) {
usb.open();
usb.close();
}
}

publicvoid shutDown() {
System.out.println(“ 笔记本关闭 ”);
}
}

publicclass Test {
publicstaticvoid 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();
}
}