简介: 文章介绍 Java 中接口与多态的概念与使用,包含在新版本中新特性

第一章 接口

1.1 概述

  • 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( JDK7 及以前),默认方法和静态方法( JDK8 ),私有方法( JDK9 )。

  • 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。

    引用数据类型:数组,类,接口。

  • 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。

1.2 定义格式

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public interface 接口名称 {
// 抽象方法
// 默认方法
// 静态方法
// 私有方法
}
```

### 含有抽象方法

* 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。

* 代码如下:

```java
/* 接口定义 */
public interface InterFaceName {
public abstract void method();
}
```

### 含有默认方法和静态方法 (jdk8)

* 默认方法:使用 `default` 修饰,不可省略,供子类调用或者子类重写。

* 静态方法:使用 `static` 修饰,供接口直接调用。

* 代码如下:

```java
public interface InterFaceName {
public default void method() {
// 执行语句
}
public static void method2() {
// 执行语句
}
}
```

### 含有私有方法和私有静态方法

* 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。

> JDK9新添加特性

* 代码如下:

```java
public interface InterFaceName {
private void method() {
// 执行语句
}
}
```

## 1.3 基本的实现

### 实现的概述

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。

* 非抽象子类实现接口:

1. 必须重写接口中所有抽象方法。
2. 继承了接口的默认方法,即可以直接调用,也可以重写。

* 实现格式:

```java
class 类名 implements 接口名 {
// 重写接口中抽象方法【必须】
// 重写接口中默认方法【可选】
}
```

### 抽象方法的使用

* 必须全部实现,代码如下:

>定义接口:

```java
public interface LiveAble {
// 定义抽象方法
public abstract void eat();
public abstract void sleep();
}
```

>定义实现类:

```java
public class Animal implements LiveAble {
@Override
public void eat() {
System.out.println("吃东西");
}
@Override
public void sleep() {
System.out.println("晚上睡");
}
}
```

>定义测试类:

```java
public class InterfaceDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建子类对象
Animal a = new Animal();
// 调用实现后的方法
a.eat(); a.sleep();
}
}
```

### 默认方法的使用

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。

* 1.继承默认方法,代码如下:

>定义接口:

```java
public interface LiveAble {
public default void fly(){
System.out.println("天上飞");
}
}

定义实现类:

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public class Animal implements LiveAble { 
// 继承,什么都不用写,直接调用
}
```

>定义测试类:

```java
public class InterfaceDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建子类对象
Animal a = new Animal();
// 调用默认方法
a.fly();
}
}
```

* 2.重写默认方法,代码如下:

>定义接口:

```java
public interface LiveAble{
public default void fly(){
System.out.println("天上飞"
}
}

定义实现类:

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public class Animal implements LiveAble { 
@Override
public void fly() {
System.out.println("自由自在的飞");
}
}

定义测试类:

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public class InterfaceDemo { 
public static void main(String[] args) {
// 创建子类对象
Animal a = new Animal();
// 调用重写方法
a.fly();
}
}
```

### 静态方法的使用

* 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:

>定义接口:

```java
public interface LiveAble {
public static void run(){
System.out.println("跑起来~~~");
}
}
```

>定义实现类:

```java
public class Animal implements LiveAble {
// 无法重写静态方法
}

定义测试类:

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public class InterfaceDemo { 
public static void main(String[] args) {
// Animal.run();
// 【错误】无法继承方法,也无法调用
LiveAble.run(); //
}
}
```

### 私有方法的使用

* 私有方法:只有默认方法可以调用。

* 私有静态方法:默认方法和静态方法可以调用。

* 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。

* 定义接口:

```java
public interface LiveAble {
default void func(){
func1();
func2();
}
private void func1(){
System.out.println("跑起来~~~");
}
private void func2(){
System.out.println("跑起来~~~");
}
}
```

## 1.4 接口的多实现

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。

* 实现格式:

```java
class 类名 [extends 父类名] implements 接口名1,接口名2,接口名3... {
// 重写接口中抽象方法【必须】
// 重写接口中默认方法【不重名时可选】
}
```

### 抽象方法

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:

>定义多个接口:

```java
interface A {
public abstract void showA();
public abstract void show();
}
interface B {
public abstract void showB();
public abstract void show();
}
```

>定义实现类:

```java
public class C implements A,B{
@Override
public void showA() {
System.out.println("showA");
}
@Override
public void showB() {
System.out.println("showB");
}
@Override
public void show() {
System.out.println("show");
}
}

默认方法

  • 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:

定义多个接口:

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interface A { 
public default void methodA(){}
public default void method(){}
}
interface B {
public default void methodB(){}
public default void method(){}
}

定义实现类:

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 public class C implements A,B{ 
@Override
public void method() {
System.out.println("method");
}
}

静态方法

  • 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。

优先级的问题

  • 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:

定义接口:

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interface A { 
public default void methodA(){
System.out.println("AAAAAAAAAAAA");
}
}

定义父类:

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class D { 
public void methodA(){
System.out.println("DDDDDDDDDDDD");
}
}

定义子类:

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class C extends D implements A { 
// 未重写methodA方法
}

定义测试类:

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public class Test { 
public static void main(String[] args) {
C c = new C(); c.methodA();
}
}

1.5 接口的多继承

  • 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:

定义父接口:

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interface A { 
public default void method(){
System.out.println("AAAAAAAAAAAAAAAAAAA");
}
}
interface B {
public default void method(){
System.out.println("BBBBBBBBBBBBBBBBBBB");
}
}

定义子接口:

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interface D extends A,B{ 
@Override
public default void method() {
System.out.println("DDDDDDDDDDDDDD");
}
}

子接口重写默认方法时,default关键字可以保留。
子类重写默认方法时,default关键字不可以保留。

第二章 多态

2.1 概述

引入

  • 多态是继封装、继承之后,面向对象的第三大特性。

  • 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。

定义

  • 多态: 是指同一行为,具有多个不同表现形式。

前提【重点】

  1. 继承或者实现【二选一】
  2. 方法的重写【意义体现:不重写,无意义】
  3. 父类引用指向子类实例化对象【格式体现】

2.2 多态的体现

多态体现的格式:

父类类型 变量名 = new 子类对象;
变量名. 方法名();

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。

  • 代码如下:
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Fu f = new Zi(); f.method();
  • 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。

  • 代码如下:

定义父类:

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public abstract class Animal { public abstract void eat(); }

定义子类:

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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");
}
}

定义测试类:

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public class Test { 
public static void main(String[] args) {
// 多态形式,创建对象
Animal a1 = new Cat();
// 调用的是 Cat 的 eat
a1.eat();
// 多态形式,创建对象
Animal a2 = new Dog();
// 调用的是 Dog 的 eat
a2.eat();
}
}

2.3 多态的好处

  • 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:

定义父类:

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public abstract class Animal { 
public abstract void eat();
}

定义子类:

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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");
}
}

定义测试类:

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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
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();
}
}
```

* 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。

* 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。

* 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。

> 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。

## 2.4 引用类型转换

* 多态的转型分为向上转型与向下转型两种:

### 向上转型

* 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。

* 当父类引用指向一个子类对象时,便是向上转型。

* 使用格式:

>父类类型 变量名 = new 子类类型();
>如:Animal a = new Cat();

### 向下转型

* 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。

* 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。

* 使用格式:

>子类类型 变量名 = (子类类型) 父类变量名;
>如:Cat c =(Cat) a;

### 为什么要转型

* 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。

* 转型演示,代码如下:

>定义类:

```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");
}
}
class Dog extends Animal {
public void eat() {
System.out.println("吃骨头");
}
public void watchHouse() {
System.out.println("看家");
}
}

定义测试类:

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public class Test { 
public static void main(String[] args) {
// 向上转型
Animal a = new Cat();
a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat
// 向下转型
Cat c = (Cat)a;
c.catchMouse(); // 调用的是 Cat 的 catchMouse
}
}

转型的异常

  • 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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public class Test { 
public static void main(String[] args) {
// 向上转型
Animal a = new Cat();
a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat
// 向下转型
Dog d = (Dog)a;
d.watchHouse(); // 调用的是 Dog 的 watchHouse 【运行报错】
}
}
  • 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。

  • 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:

变量名 instanceof 数据类型
如果变量属于该数据类型,返回 true
如果变量不属于该数据类型,返回 false

所以,转换前,我们最好先做一个判断,代码如下:

public class Test { 

    public static void main(String[] args) { 
        // 向上转型 
        Animal a = new Cat(); 
        a.eat(); // 调用的是 Cat 的 eat 
        // 向下转型 
        if (a instanceof Cat){
             Cat c = (Cat)a;
              c.catchMouse(); // 调用的是 Cat 的 catchMouse 
        } else if (a instanceof Dog){ 
            Dog d = (Dog)a; 
            d.watchHouse(); // 调用的是 Dog 的 watchHouse 
        } 
    } 

}

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