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【Java 学习】接口的意义:程序世界的规则与多态性,学会接口、驭见多态是Java初学者的必经之路

28 人参与  2024年12月30日 14:01  分类 : 《我的小黑屋》  评论

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1. 什么是接口?

1.1 引入接口

在生活中,接口属于一个标准,如:手机的充电口,电脑的USB盘接口。一般情况下,所做的东西都要符合这个接口(标准)。

大家设置的产品都按着这个标准来做,设计出的产品都是 " 通用 " 的。
在这里插入图片描述
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电脑的USB口上,可以插:U盘、鼠标、键盘…所有符合USB协议的设备

在Java中也规定的有标准,为了设置的方法符合标准,就需要实现接口

1.2 接口的定义

在Java中,接口是一个用来定义方法的集合,但这些方法没有具体实现(即只有方法的声明,没有方法体)。接口可以看作是一种契约,规定了实现这个接口的类必须提供这些方法的具体实现。

定义接口的语法:

public interface 接口名 {    // 抽象方法(没有方法体)    void 方法名();}

2. 接口的语法和使用

2.1 接口的语法

接口的定义格式与定义类的格式基本相同,将class关键字换成interface关键字,就定义了一个接口

// interface 是定义接口垫的关键字public interface 接口名称{double a = 3.0;  // 默认被:final public static修饰 // 抽象方法public abstract void method1();   // public abstract 是接口中函数的默认形式,可以不写public void method2();       // 相当于省略了 abstract, 隐士存在sbatractabstract void method3();     // 相当于省略了 public,  隐士存在public void method4();              // 省略了 public abstract,  隐士存在public abstract }

提示:

创建接口时, 接口的命名一般以大写字母 I 开头.接口的命名一般使用 “形容词” 词性的单词.阿里编码规范中约定, 接口中的方法和属性不要加任何修饰符号, 保持代码的简洁性.

2.2 使用接口

接口不能直接使用,必须要有一个"实现类"来"实现"该接口,实现接口中的所有抽象方法

public  class 类名称 implements 接口名称{ // ... } 

注意:子类和父类之间是extends 继承关系,类与接口之间是 implements 实现关系。

示例

在同一个包中,下面代码文件的结构
在这里插入图片描述
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Usb接口类:
声明两个方法。

public interface Usb {    // 连接    void connect();    // 断开连接    void disconnect();}

Mouse类:
实现接口Usb

public class Mouse implements Usb{    public void connect() {        System.out.println("连接鼠标");    }    public void disconnect(){        System.out.println("断开鼠标");    }}

Keyboard类:
实现接口Usb

public class Keyboard implements Usb{    public void connect(){        System.out.println("连接键盘");    }    public void disconnect(){        System.out.println("断开键盘");    }}

Service 服务类(类似于电脑工作):
public void useService(Usb usb) 函数模拟电脑的工作流程

public class Servise {    // 打开电脑    private void openService(){        System.out.println("打开电脑");    }    // 关闭电脑    private void closeService(){        System.out.println("关闭电脑");    }    // 工作流程    public void useService(Usb usb){  //向上转型        openService();        // 检查时什么硬件插入        if( usb instanceof Keyboard){ // 键盘插入            // 向下转型             Keyboard k = (Keyboard) usb; // 转换成键盘对象             k.connect();             System.out.println("操作。。。。。。。。。。。。。。。。");             k.disconnect();        } else if( usb instanceof Mouse){ // 鼠标插入            // 向下转型            Mouse m = (Mouse) usb; // 转换成鼠标对象            m.connect();            System.out.println("操作。。。。。。。。。。。。。");            m.disconnect();        } else { // 不支持的硬件            System.out.println("不支持该设备");        }        closeService();    }}

Main类,运行程序

public class Main {    public static void main(String[] args){                // 创建鼠标对象        Mouse m = new Mouse();                // 创建键盘对象        Keyboard k = new Keyboard();        // 创建电脑对象        Servise s = new Servise();                //  电脑接入键盘        s.useService(m);        System.out.println("========================");        // 电脑接入鼠标        s.useService(k);    }}

3. 接口的特性

3.1 特性

接口是一种引用数据类型

接口 是使用interface方法 来修饰的接口当中 不能有 被实现的方法 ,意味着只能有抽象方方,但是两个方法除外:一个是static修饰的方法 一个是被 default 修饰的方法接口当中的 抽象方法 默认都是public abstract 修饰的接口当中 的成员变量 默认都是 public static final修饰接口 不能进行实例化类 和 接口 之间 的关系 ,可以使用implements来进行关联接口 也是有 对应的 字节码文件的

3.2 举例

接口类型是一种引用类型,但是不能直接new接口的对象

public class Main {    public static void main(String[] args) {        Usb usb = new Usb; // 会报错,因为接口不能被实例化    }    }

接口中每一个方法都是public的抽象方法, 即接口中的方法会被隐式的指定为 public abstract(只能是
public abstract,其他修饰符都会报错)

public interface Usb {    //  报错 此处不允许使用修饰符private    private void openDevice();    void closeDevice(); }

接口中的方法是不能在接口中实现的,只能由实现接口的类来实现

public interface USB {    void connect();        // 编译失败:因为接口中的方式默认为抽象方法    //  接口抽象方法不能带有主体    void disconnect(){        System.out.println("断开USB设备");    } }

重写接口中方法时,不能使用默认的访问权限

public interface Usb {    void connect();    // 默认是public abstract的    void disconnect();   // 默认是public abstract的}public class Mouse implements Usb {// 默认的位default     void connect() {        System.out.println("连接鼠标");    }        // ... } // 编译报错,重写Usb中connect方法时,不能使用默认修饰符// Mouse正在尝试分配更低的访问权限, 接口的为public

接口中可以含有变量,但是接口中的变量会被隐式的指定为 public static final 变量

 public interface Usb {    double brand = 3.0;  // 默认被:final public static修饰    void connect();    // 默认是public abstract的    void disconnect();   // 默认是public abstract的 } public class TestUsb {    public static void main(String[] args) {        System.out.println(USB.brand);   // 可以直接通过接口名访问,说明是静态的                // 编译报错;无法为最终变量brand分配值        USB.brand = 2.0;       // 说明brand具有final属性    } }

接口中不能有静态代码块和构造方法

 public interface USB {    // 编译失败    public USB(){     }     {}    // 编译失败        void connect();    // 默认是public abstract的    void disconnect();   // 默认是public abstract的 }

接口虽然不是类,但是接口编译完成后字节码文件的后缀格式也是.class如果类没有实现接口中的所有的抽象方法,则类必须设置为抽象类

// 抽象方法public abstract class MaxUsb implements Usb{// 不实现方法    public abstract void connect();    public abstract void disconnect();}

接口虽然不是类,但是接口编译完成后字节码文件的后缀格式也是.class

jdk8中:接口中还可以包含default方法。

4. 实现多个接口

背景:要求实现三个类:猫(名字,会跑)、鱼(名字,会游泳)、青蛙(名字,会跑、游泳)鸭子(名字,会跑,会游泳,会飞)。

思考:
先设计一个Animal抽象类,每个动物的方法是不同的,怎么设计呢?

Animal设置所有的方法,这是不行的,因为猫只能跑,不会游泳

Animal中只设置的方法,把动物特有的方法写在自己的类中,这样是不好的,因为没有了 “通用” 的功能。

每个功能可以单独写在一个抽象类中,但是,一个类继承一个Aniaml类后就不能再继承了。

在Java中,类和类之间是单继承的,一个类只能有一个父类,即Java中不支持多继承,但是一个类可以实现多个接口。

只有接口能满足这个要求了

下面通过类来表示一组动物:

 class Animal {    protected String name;        public Animal(String name) {        this.name = name;    } }

另外我们再提供一组接口, 分别表示 “会飞的”, “会跑的”, “会游泳的”.

interface IFlying {    void fly(); } interface IRunning {    void run(); } interface ISwimming {    void swim(); }

接下来我们创建几个具体的动物:

猫,会跑

 class Cat extends Animal implements IRunning {    public Cat(String name) {        super(name);    }     public void run() {        System.out.println(this.name + "正在用四条腿跑");    } }

鱼,会游泳

class Fish extends Animal implements ISwimming {    public Fish(String name) {        super(name);    }     public void swim() {        System.out.println(this.name + "正在用尾巴游泳");    } }

青蛙,能跑、能游泳

class Frog extends Animal implements IRunning, ISwimming {    public Frog(String name) {        super(name);    }     public void run() {        System.out.println(this.name + "正在往前跳");    }     public void swim() {        System.out.println(this.name + "正在蹬腿游泳");    } }

注意:一个类实现多个接口时,每个接口中的抽象方法都要实现,否则类必须设置为抽象类。

提示:IDEA 中使用 ctrl + i 快速实现接口

还有一种神奇的动物, 水陆空三栖, 叫做 “鸭子”

class Duck extends Animal implements IRunning, ISwimming, IFlying {    public Duck(String name) {        super(name);    }     public void fly() {        System.out.println(this.name + "正在用翅膀飞");     }     public void run() {        System.out.println(this.name + "正在用两条腿跑");    public void swim() {        System.out.println(this.name + "正在漂在水上");    } }

上面的代码展示了 Java 面向对象编程中最常见的用法: 一个类继承一个父类, 同时实现多种接口。

继承表达的含义是 is - a 语义, 而接口表达的含义是 具有 xxx 特性 。

猫是一种动物, 具有会跑的特性.
青蛙也是一种动物, 既能跑, 也能游泳
鸭子也是一种动物, 既能跑, 也能游, 还能飞

这样设计有什么好处呢? 时刻牢记多态的好处, 让程序猿忘记类型. 有了接口之后, 类的使用者就不必关注具体类型,而只关注某个类是否具备某种能力.

例如, 现在实现一个方法, 叫 “散步”

 public static void walk(IRunning running) {    System.out.println("我带着伙伴去散步");    running.run(); }

在这个 walk 方法内部, 我们并不关注到底是哪种动物, 只要参数是会跑的, 就行

public class Main {    public static void walk(IRunning running) {        System.out.println("我带着伙伴去散步");        running.run();    }    public static void seeSwim(ISwimming swimming) {        System.out.println("我看着伙伴去游泳");        swmming.swimming();    }    public static void main(String[] args){            Cat cat = new Cat("小猫");            walk(cat);//            // 如果我们这样写//            seeSwim(cat);//            // seeSwim()括号中的引用会有红线,表示ISwimming没有被Cat实现            Frog frog = new Frog("小青蛙");            walk(frog);    }}

// 执行结果
我带着伙伴去散步
小猫正在用四条腿跑
我带着伙伴去散步
小青蛙正在往前跳

5. 接口间的继承

在Java中,类和类之间是单继承的,一个类可以实现多个接口,接口与接口之间可以多继承。即:用接口可以达到多继承的目的。

接口可以继承一个接口, 达到复用的效果. 使用 extends 关键字

可以让IAmphibious继承IRunningISwimming,这样,IAmphibious表示两栖动物,而且还可以使用public static void walk(IRunning running)函数。

interface IRunning {    void run(); } interface ISwimming {    void swim(); } // 两栖的动物, 既能跑, 也能游interface IAmphibious extends IRunning, ISwimming { } class Frog implements IAmphibious {    ... }

通过接口继承创建一个新的接口 IAmphibious 表示 “两栖的”. 此时实现接口创建的 Frog 类, 就继续要实现 run 方法, 也需要实现 swim 方法.

还可以使用public static void walk(IRunning running)函数,保证代码的 “通用性”。

接口间的继承相当于把多个接口合并在一起.


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