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# day10【接口、多态】
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### 今日内容
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- 接口
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- 三大特征——多态
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- 引用类型转换
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### 教学目标
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- [ ] 写出定义接口的格式
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- [ ] 写出实现接口的格式
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- [ ] 说出接口中成员的特点
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- [ ] 能够说出使用多态的前提条件
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- [ ] 理解多态的向上转型
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- [ ] 理解多态的向下转型
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- [ ] 能够完成笔记本电脑案例（方法参数为接口）
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## 第一章 接口
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### 1.1 概述
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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）。
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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。
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> 引用数据类型：数组，类，接口。
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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。
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### 1.2 定义格式
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```java
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public interface 接口名称 {
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// 抽象方法
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// 默认方法
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// 静态方法
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// 私有方法
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}
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```
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#### 含有抽象方法
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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。
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代码如下：
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```java
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public interface InterFaceName {
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public abstract void method();
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}
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```
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#### 含有默认方法和静态方法
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默认方法：使用 `default` 修饰，不可省略，供子类调用或者子类重写。
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静态方法：使用 `static` 修饰，供接口直接调用。
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代码如下：
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```java
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public interface InterFaceName {
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public default void method() {
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// 执行语句
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}
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public static void method2() {
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// 执行语句
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}
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}
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```
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#### 含有私有方法和私有静态方法
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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。
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代码如下：
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```java
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public interface InterFaceName {
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private void method() {
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// 执行语句
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}
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}
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```
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### 1.3 基本的实现
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#### 实现的概述
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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。
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非抽象子类实现接口：
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1. 必须重写接口中所有抽象方法。
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2. 继承了接口的默认方法，即可以直接调用，也可以重写。
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实现格式：
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```java
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class 类名 implements 接口名 {
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// 重写接口中抽象方法【必须】
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// 重写接口中默认方法【可选】
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}
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```
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#### 抽象方法的使用
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必须全部实现，代码如下：
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定义接口：
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```java
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public interface LiveAble {
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// 定义抽象方法
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public abstract void eat();
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public abstract void sleep();
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}
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```
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定义实现类：
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```java
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public class Animal implements LiveAble {
|
||
@Override
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public void eat() {
|
||
System.out.println("吃东西");
|
||
}
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||
@Override
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public void sleep() {
|
||
System.out.println("晚上睡");
|
||
}
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||
}
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||
```
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定义测试类：
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||
```java
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public class InterfaceDemo {
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||
public static void main(String[] args) {
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||
// 创建子类对象
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Animal a = new Animal();
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// 调用实现后的方法
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a.eat();
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||
a.sleep();
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}
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}
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输出结果：
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吃东西
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晚上睡
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```
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#### 默认方法的使用
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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。
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1. 继承默认方法，代码如下：
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定义接口：
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```java
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public interface LiveAble {
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public default void fly(){
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||
System.out.println("天上飞");
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||
}
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||
}
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```
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定义实现类：
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||
```java
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public class Animal implements LiveAble {
|
||
// 继承，什么都不用写，直接调用
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||
}
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```
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定义测试类：
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```java
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public class InterfaceDemo {
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||
public static void main(String[] args) {
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||
// 创建子类对象
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Animal a = new Animal();
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||
// 调用默认方法
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||
a.fly();
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}
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}
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输出结果：
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天上飞
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```
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2. 重写默认方法，代码如下：
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定义接口：
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```java
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public interface LiveAble {
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||
public default void fly(){
|
||
System.out.println("天上飞");
|
||
}
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}
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```
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||
定义实现类：
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||
```java
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public class Animal implements LiveAble {
|
||
@Override
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public void fly() {
|
||
System.out.println("自由自在的飞");
|
||
}
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||
}
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```
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定义测试类：
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||
```java
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public class InterfaceDemo {
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||
public static void main(String[] args) {
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||
// 创建子类对象
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Animal a = new Animal();
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||
// 调用重写方法
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||
a.fly();
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}
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}
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输出结果：
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自由自在的飞
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```
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#### 静态方法的使用
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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：
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定义接口：
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```java
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public interface LiveAble {
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public static void run(){
|
||
System.out.println("跑起来~~~");
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}
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}
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```
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定义实现类：
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||
```java
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public class Animal implements LiveAble {
|
||
// 无法重写静态方法
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||
}
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||
```
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||
定义测试类：
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||
```java
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public class InterfaceDemo {
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public static void main(String[] args) {
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// Animal.run(); // 【错误】无法继承方法,也无法调用
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||
LiveAble.run(); //
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}
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}
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输出结果：
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跑起来~~~
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```
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#### 私有方法的使用
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* 私有方法：只有默认方法可以调用。
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* 私有静态方法：默认方法和静态方法可以调用。
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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。
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### 1.4 接口的多实现
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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。
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实现格式：
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```java
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class 类名 [extends 父类名] implements 接口名1,接口名2,接口名3... {
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// 重写接口中抽象方法【必须】
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||
// 重写接口中默认方法【不重名时可选】
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}
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```
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||
> [ ]： 表示可选操作。
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#### 抽象方法
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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：
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定义多个接口：
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```java
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interface A {
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public abstract void showA();
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public abstract void show();
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}
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interface B {
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public abstract void showB();
|
||
public abstract void show();
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||
}
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```
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定义实现类：
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```java
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public class C implements A,B{
|
||
@Override
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public void showA() {
|
||
System.out.println("showA");
|
||
}
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||
@Override
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||
public void showB() {
|
||
System.out.println("showB");
|
||
}
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||
@Override
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||
public void show() {
|
||
System.out.println("show");
|
||
}
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||
}
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||
```
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||
#### 默认方法
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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：
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定义多个接口：
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||
```java
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interface A {
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public default void methodA(){}
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public default void method(){}
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||
}
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interface B {
|
||
public default void methodB(){}
|
||
public default void method(){}
|
||
}
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||
```
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||
定义实现类：
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||
```java
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||
public class C implements A,B{
|
||
@Override
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||
public void method() {
|
||
System.out.println("method");
|
||
}
|
||
}
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||
```
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#### 静态方法
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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。
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#### 优先级的问题
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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：
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定义接口：
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```java
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interface A {
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public default void methodA(){
|
||
System.out.println("AAAAAAAAAAAA");
|
||
}
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||
}
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||
```
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||
定义父类：
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```java
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||
class D {
|
||
public void methodA(){
|
||
System.out.println("DDDDDDDDDDDD");
|
||
}
|
||
}
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||
```
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||
定义子类：
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||
```java
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class C extends D implements A {
|
||
// 未重写methodA方法
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||
}
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||
```
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定义测试类：
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```java
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public class Test {
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||
public static void main(String[] args) {
|
||
C c = new C();
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||
c.methodA();
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||
}
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||
}
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输出结果:
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DDDDDDDDDDDD
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```
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### 1.5 接口的多继承【了解】
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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：
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定义父接口：
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```java
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interface A {
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||
public default void method(){
|
||
System.out.println("AAAAAAAAAAAAAAAAAAA");
|
||
}
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||
}
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interface B {
|
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public default void method(){
|
||
System.out.println("BBBBBBBBBBBBBBBBBBB");
|
||
}
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||
}
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||
```
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||
定义子接口：
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```java
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interface D extends A,B{
|
||
@Override
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public default void method() {
|
||
System.out.println("DDDDDDDDDDDDDD");
|
||
}
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||
}
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```
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> 小贴士：
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>
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> 子接口重写默认方法时，default关键字可以保留。
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>
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> 子类重写默认方法时，default关键字不可以保留。
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### 1.6 其他成员特点
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- 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。
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- 接口中，没有构造方法，不能创建对象。
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- 接口中，没有静态代码块。
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## 第二章 多态
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### 2.1 概述
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#### 引入
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多态是继封装、继承之后，面向对象的第三大特性。
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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。
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#### 定义
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* **多态**： 是指同一行为，具有多个不同表现形式。
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#### 前提【重点】
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1. 继承或者实现【二选一】
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2. 方法的重写【意义体现：不重写，无意义】
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3. 父类引用指向子类对象【格式体现】
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### 2.2 多态的体现
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多态体现的格式：
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```java
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父类类型 变量名 = new 子类对象；
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变量名.方法名();
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```
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> 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。
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代码如下：
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```java
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Fu f = new Zi();
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||
f.method();
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```
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**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。**
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代码如下：
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定义父类：
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```java
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public abstract class Animal {
|
||
public abstract void eat();
|
||
}
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||
```
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||
定义子类：
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||
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||
```java
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||
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");
|
||
}
|
||
}
|
||
```
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||
|
||
定义测试类：
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||
```java
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public class Test {
|
||
public static void main(String[] args) {
|
||
// 多态形式，创建对象
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||
Animal a1 = new Cat();
|
||
// 调用的是 Cat 的 eat
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||
a1.eat();
|
||
|
||
// 多态形式，创建对象
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||
Animal a2 = new Dog();
|
||
// 调用的是 Dog 的 eat
|
||
a2.eat();
|
||
}
|
||
}
|
||
```
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||
|
||
### 2.3 多态的好处
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||
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：
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||
定义父类：
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||
```java
|
||
public abstract class Animal {
|
||
public abstract void eat();
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
定义子类：
|
||
|
||
```java
|
||
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：
|
||
|
||
```java
|
||
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
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||
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();
|
||
}
|
||
}
|
||
```
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||
|
||
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。
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||
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||
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。
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||
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||
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。
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||
|
||
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。
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### 2.4 引用类型转换
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多态的转型分为向上转型与向下转型两种：
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#### 向上转型
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* **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。
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||
当父类引用指向一个子类对象时，便是向上转型。
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||
|
||
使用格式：
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||
```java
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||
父类类型 变量名 = new 子类类型();
|
||
如：Animal a = new Cat();
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```
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|
||
#### 向下转型
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||
|
||
* **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。
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||
|
||
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。
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||
|
||
使用格式：
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||
```java
|
||
子类类型 变量名 = (子类类型) 父类变量名;
|
||
如:Cat c =(Cat) a;
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||
```
|
||
|
||
#### 为什么要转型
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||
|
||
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。
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||
转型演示，代码如下：
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||
定义类：
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||
|
||
```java
|
||
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");
|
||
}
|
||
}
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class Dog extends Animal {
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public void eat() {
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System.out.println("吃骨头");
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}
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public void watchHouse() {
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System.out.println("看家");
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}
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}
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```
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定义测试类：
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```java
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public class Test {
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public static void main(String[] args) {
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// 向上转型
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Animal a = new Cat();
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a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat
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||
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||
// 向下转型
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Cat c = (Cat)a;
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c.catchMouse(); // 调用的是 Cat 的 catchMouse
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}
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}
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```
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#### 转型的异常
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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：
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```java
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public class Test {
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public static void main(String[] args) {
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// 向上转型
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Animal a = new Cat();
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a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat
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||
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||
// 向下转型
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Dog d = (Dog)a;
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d.watchHouse(); // 调用的是 Dog 的 watchHouse 【运行报错】
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}
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}
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```
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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。
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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：
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```java
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变量名 instanceof 数据类型
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如果变量属于该数据类型，返回true。
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如果变量不属于该数据类型，返回false。
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```
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所以，转换前，我们最好先做一个判断，代码如下：
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```java
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public class Test {
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public static void main(String[] args) {
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// 向上转型
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Animal a = new Cat();
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a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat
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||
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||
// 向下转型
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if (a instanceof Cat){
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Cat c = (Cat)a;
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c.catchMouse(); // 调用的是 Cat 的 catchMouse
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} else if (a instanceof Dog){
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Dog d = (Dog)a;
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d.watchHouse(); // 调用的是 Dog 的 watchHouse
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}
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}
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}
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```
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## 第三章 接口多态的综合案例
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### 3.1 笔记本电脑
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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。
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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。
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### 3.2 案例分析
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进行描述笔记本类，实现笔记本使用USB鼠标、USB键盘
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* USB接口，包含开启功能、关闭功能
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* 笔记本类，包含运行功能、关机功能、使用USB设备功能
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* 鼠标类，要实现USB接口，并具备点击的方法
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* 键盘类，要实现USB接口，具备敲击的方法
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### 3.3 案例实现
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定义USB接口：
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```java
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interface USB {
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void open();// 开启功能
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void close();// 关闭功能
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}
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```
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定义鼠标类：
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```java
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class Mouse implements USB {
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public void open() {
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System.out.println("鼠标开启，红灯闪一闪");
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}
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public void close() {
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||
System.out.println("鼠标关闭，红灯熄灭");
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}
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public void click(){
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System.out.println("鼠标单击");
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}
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}
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```
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定义键盘类：
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```java
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class KeyBoard implements USB {
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public void open() {
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||
System.out.println("键盘开启，绿灯闪一闪");
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}
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public void close() {
|
||
System.out.println("键盘关闭，绿灯熄灭");
|
||
}
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public void type(){
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System.out.println("键盘打字");
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}
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||
}
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```
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定义笔记本类：
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```java
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class Laptop {
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// 笔记本开启运行功能
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public void run() {
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System.out.println("笔记本运行");
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}
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// 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
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public void useUSB(USB usb) {
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// 判断是否有USB设备
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if (usb != null) {
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usb.open();
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// 类型转换,调用特有方法
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if(usb instanceof Mouse){
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Mouse m = （Mouse）usb；
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m.click();
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}else if (usb instanceof KeyBoard){
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||
KeyBoard kb = (KeyBoard)usb;
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kb.type();
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}
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||
usb.close();
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||
}
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||
}
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public void shutDown() {
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||
System.out.println("笔记本关闭");
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||
}
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||
}
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```
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测试类，代码如下：
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```java
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public class Test {
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public static void main(String[] args) {
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// 创建笔记本实体对象
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Laptop lt = new Laptop();
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// 笔记本开启
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lt.run();
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||
// 创建鼠标实体对象
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||
Usb u = new Mouse();
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||
// 笔记本使用鼠标
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||
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();
|
||
}
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||
}
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||
```
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