接口

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。

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：

• 接口中的方法均為公共訪問的抽象方法
• 接口中無法定義普通的成員變量

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。

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。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。

接口中成員的特點

• 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
• 接口中可以定義方法
• 接口不可以創建對象
• 子類必須覆蓋掉接口中所有的方法後，子類才可以實例化。否則子類是一個抽象類。

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(){}
}

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。

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。

接口的多繼承

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。

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）。

接口和抽象的區別

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() {
    }
}

通過上面的例子總結接口和抽象類的區別：

相同點:

• 都位於繼承的頂端,用於被其他類實現或繼承;
• 都不能直接實例化對象;
• 都包含抽象方法,其子類都必須覆寫這些抽象方法;

區別:

• 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;
• 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)
• 抽象類是這個事物中應該具備的內容, 繼承體系是一種 is..a關系
• 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:
優先選用接口,盡量少用抽象類;
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;

多態

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。

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();

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();

抽象類多態定義的格式

抽象類 變量名 = new 抽象類子類();
比如：

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();

接口多態定義的格式

接口 變量名 = new 接口實現類();
比如：

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();

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。

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。

多態-成員的特點

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);//4
        Zi z = new Zi();
        System.out.println(z.num);//5
    }
}

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();
    }
}

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。

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

多態-轉型

多態的轉型分為向上轉型與向下轉型兩種：
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();
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

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：

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();

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

向下轉型的好處：可以使用子類特有功能。

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){…}

總結下封裝、繼承、多態的作用：
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。
繼承：子類會自動擁有父類所有可繼承的屬性和方法。
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。多態的成員訪問特點：方法的運行看右邊，其他都看左邊

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

筆記本電腦案例

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
USB接口，包含開啟功能、關閉功能
筆記本類，包含運行功能、關機功能、使用USB設備功能
鼠標類，要符合USB接口
鍵盤類，要符合USB接口

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。

實現代碼步驟

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
}

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");
    }
}

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");
    }
}

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();
    }
}

Java基礎學習筆記八 Java基礎語法之接口和多態