11_Java面向对象_第11天（接口、多态）

今日内容介绍
1、接口
2、多态

01接口的概念

* A:接口的概念
    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。

02接口的定义

A: 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。

B : 定义格式

  public interface 接口名 {
      抽象方法1;
      抽象方法2;
      抽象方法3;
  }

C: 定义步骤

  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

03接口的实现类

A: 类与接口的关系

  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。

B: 类实现接口的格式

  class 类 implements 接口 {
      重写接口中方法
  }

C:注意事项

  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。

04接口中成员变量的特点

A:成员变量特点
- a 接口中可以定义变量，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
B:案例

  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
  }

05接口中成员方法的特点

A: 成员方法特点
- a 接口中可以定义方法，方法也有固定的修饰符，public abstract
- b 子类必须覆盖掉接口中所有的抽象方法后，子类才可以实例化。否则子类是一个抽象类。
B: 案例

  interface Demo { ///定义一个名称为Demo的接口。
      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(){}
  }

06实现类还是一个抽象类

A: 接口的实现类
   一个类如果实现类接口,有两种操作方法:
   第一:实现类是非抽象类,就需要重写接口中所有的抽象方法.
   第二:实现类也声明为抽象类,那么实现类可以不重写接口中的抽象方法。

07类和接口的多实现

A：接口的多实现
了解了接口的特点后，那么想想为什么要定义接口，使用抽象类描述也没有问题，接口到底有啥用呢？
接口最重要的体现：解决多继承的弊端。将多继承这种机制在java中通过多实现完成了。
B 多实现的优点
- 怎么解决多继承的弊端呢？
- 弊端：多继承时，当多个父类中有相同功能时，子类调用会产生不确定性。
- 其实核心原因就是在于多继承父类中功能有主体，而导致调用运行时，不确定运行哪个主体内容。
- 为什么多实现能解决了呢？
- 因为接口中的功能都没有方法体，由子类来明确。

C :案例演示

  interface Fu2{
      void show2();
  }
  class Zi implements Fu1,Fu2 {    // 多实现。同时实现多个接口。
      public void show1(){}
      public void show2(){}
  }

08类在继承类的同时实现多接口

A: 继承的同时实现接口
- 接口和类之间可以通过实现产生关系，同时也学习了类与类之间可以通过继承产生关系。当一个类已经继承了一个父类，它又需要扩展额外的功能，这时接口就派上用场了。
- 子类通过继承父类扩展功能，通过继承扩展的功能都是子类应该具备的基础功能。如果子类想要继续扩展其他类中的功能呢？这时通过实现接口来完成。
- 接口的出现避免了单继承的局限性。父类中定义的事物的基本功能。接口中定义的事物的扩展功能。
B: 代码演示

  class Fu {
      public void show(){}
  }
  interface Inter {
      pulbic abstract void show1();
  }
  class Zi extends Fu implements Inter {
      public void show1() {
      }
  }

  接口的出现避免了单继承的局限性。父类中定义的事物的基本功能。接口中定义的事物的扩展功能。

09接口的多继承

A: 接口的多继承
- 学习类的时候，知道类与类之间可以通过继承产生关系，接口和类之间
- 可以通过实现产生关系，那么接口与接口之间会有什么关系。
- 多个接口之间可以使用extends进行继承。

B 代码演示
interface Fu1{
void show();
}
interface Fu2{
void show1();
}
interface Fu3{
void show2();
}
interface Zi extends Fu1,Fu2,Fu3{
void show3();
}

  在开发中如果多个接口中存在相同方法，这时若有个类实现了这些接口，那么就要实现接
  口中的方法，由于接口中的方法是抽象方法，子类实现后也不会发生调用的不确定性。

10接口思想

A:接口的思想
- 前面学习了接口的代码体现，现在来学习接口的思想，接下里从生活中的例子进行说明。
- 举例：我们都知道电脑上留有很多个插口，而这些插口可以插入相应的设备，这些设备为什么能插在上面呢？
- 主要原因是这些设备在生产的时候符合了这个插口的使用规则，否则将无法插入接口中，更无法使用。发现这个插口的出现让我们使用更多的设备。
B: 接口的好处
- 总结：接口在开发中的它好处
- 1、接口的出现扩展了功能。
- 2、接口其实就是暴漏出来的规则。
- 3、接口的出现降低了耦合性，即设备与设备之间实现了解耦。
- 接口的出现方便后期使用和维护，一方是在使用接口（如电脑），一方在实现接口（插在插口上的设备）。例如：笔记本使用这个规则（接口），电脑外围设备实现这个规则（接口）。

11接口和抽象类的区别

A: 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。
B: 举例：
- 犬：
  行为：
  吼叫；
  吃饭；
- 缉毒犬：
  行为：
  吼叫；
  吃饭；
  缉毒；
C: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。
D: 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() {
      }
  }

E: 接口和抽象类区别总结

  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)
      抽象类是这个事物中应该具备的你内容, 继承体系是一种 is..a关系
      接口是这个事物中的额外内容,继承体系是一种 like..a关系

  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;

12多态概述

A: 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。

13多态调用的三种格式

A:多态的定义格式：
- 就是父类的引用变量指向子类对象
- 父类类型变量名 = new 子类类型();
  变量名.方法名();
B: 普通类多态定义的格式

  父类 变量名 = new 子类();
  举例：
      class Fu {}
      class Zi extends Fu {}
      //类的多态使用
      Fu f = new Zi();

C: 抽象类多态定义格式

      抽象类 变量名 = new 抽象类子类();
      举例：
      abstract class Fu {
               public abstract void method();
               }
      class Zi extends Fu {
      public void method(){
                    System.out.println(“重写父类抽象方法”);
      }
      }
      //类的多态使用
      Fu fu= new Zi();

D: 接口多态定义的格式

      接口 变量名 = new 接口实现类();
      如： interface Fu {
                   public abstract void method();
      }
      class Zi implements Fu {
                   public void method(){
                    System.out.println(“重写接口抽象方法”);
      }
      }
      //接口的多态使用
      Fu fu = new Zi();

E: 注意事项

  同一个父类的方法会被不同的子类重写。在调用方法时，调用的为各个子类重写后的方法。
  如 Person p1 = new Student();
     Person p2 = new Teacher();
     p1.work(); //p1会调用Student类中重写的work方法
     p2.work(); //p2会调用Teacher类中重写的work方法
  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。

14多态成员方法的特点

A: 掌握了多态的基本使用后，那么多态出现后类的成员有啥变化呢？前面学习继承时，我们知道子父类之间成员变量有了自己的特定变化，
- 那么当多态出现后，成员变量在使用上有没有变化呢？
- 多态出现后会导致子父类中的成员变量有微弱的变化
B: 代码演示

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

C: 多态成员变量
- 当子父类中出现同名的成员变量时，多态调用该变量时：
  
  编译时期：参考的是引用型变量所属的类中是否有被调用的成员变量。没有，编译失败。
  
  运行时期：也是调用引用型变量所属的类中的成员变量。
  
  简单记：编译和运行都参考等号的左边。编译运行看左边。
D: 多态出现后会导致子父类中的成员方法有微弱的变化。看如下代码

  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();
      }
  }

E: 多态成员方法
- 编译时期：参考引用变量所属的类，如果没有类中没有调用的方法，编译失败。
  
  运行时期：参考引用变量所指的对象所属的类，并运行对象所属类中的成员方法。
  
  简而言之：编译看左边，运行看右边。

15instanceof关键字

A: 作用
可以通过instanceof关键字来判断某个对象是否属于某种数据类型。如学生的对象属于学生类，学生的对象也属于人类
格式:
boolean b = 对象 instanceof 数据类型;
举例:

  Person p1 = new Student(); // 前提条件，学生类已经继承了人类
  boolean flag = p1 instanceof Student; //flag结果为true
  boolean flag2 = p2 instanceof Teacher; //flag结果为false

16多态-向上转型

* A: 多态的转型分为向上转型与向下转型两种：

* B: 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：Person p = new Student();

17多态-向下转型

* A: 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:Student stu = (Student) p;  //变量p 实际上指向Student对象

18多态的好处和弊端

* A: 多态的好处和弊端
    * 当父类的引用指向子类对象时，就发生了向上转型，即把子类类型对象转成了父类类型。
      向上转型的好处是隐藏了子类类型，提高了代码的扩展性。
    * 但向上转型也有弊端，只能使用父类共性的内容，而无法使用子类特有功能，功能有限制。

* B: 看如下代码
    //描述动物类，并抽取共性eat方法
    abstract class Animal {
        abstract void eat();
    }

    // 描述狗类，继承动物类，重写eat方法，增加lookHome方法
    class Dog extends Animal {
        void eat() {
            System.out.println("啃骨头");
        }

        void lookHome() {
            System.out.println("看家");
        }
    }

    // 描述猫类，继承动物类，重写eat方法，增加catchMouse方法
    class Cat extends Animal {
        void eat() {
            System.out.println("吃鱼");
        }

        void catchMouse() {
            System.out.println("抓老鼠");
        }
    }

    public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            Animal a = new Dog(); //多态形式，创建一个狗对象
            a.eat(); // 调用对象中的方法，会执行狗类中的eat方法
            // a.lookHome();//使用Dog类特有的方法，需要向下转型，不能直接使用

            // 为了使用狗类的lookHome方法，需要向下转型
    // 向下转型过程中，可能会发生类型转换的错误，即ClassCastException异常
            // 那么，在转之前需要做健壮性判断
            if( !a instanceof Dog){ // 判断当前对象是否是Dog类型
                    System.out.println("类型不匹配，不能转换");
                    return;
            }
            Dog d = (Dog) a; //向下转型
            d.lookHome();//调用狗类的lookHome方法
        }
    }

* C 多态总结:
    什么时候使用向上转型：
        当不需要面对子类类型时，通过提高扩展性，或者使用父类的功能就能完成相应的操作，
        这时就可以使用向上转型。
        如：Animal a = new Dog();
            a.eat();
    什么时候使用向下转型
        当要使用子类特有功能时，就需要使用向下转型。
            如：Dog d = (Dog) a; //向下转型
                d.lookHome();//调用狗类的lookHome方法
            向下转型的好处：可以使用子类特有功能。
            弊端是：需要面对具体的子类对象；在向下转型时容易发生
        ClassCastException类型转换异常。在转换之前必须做类型判断。
        如：if( !a instanceof Dog){…}

19多态举例

 * A: 毕老师和毕姥爷的故事
 * 案例:
  /*
    描述毕老师和毕姥爷，
    毕老师拥有讲课和看电影功能
    毕姥爷拥有讲课和钓鱼功能
  */
    class 毕姥爷 {
        void 讲课() {
            System.out.println("政治");
        }

        void 钓鱼() {
            System.out.println("钓鱼");
        }
    }

    // 毕老师继承了毕姥爷，就有拥有了毕姥爷的讲课和钓鱼的功能，
    // 但毕老师和毕姥爷的讲课内容不一样，因此毕老师要覆盖毕姥爷的讲课功能
    class 毕老师 extends 毕姥爷 {
        void 讲课() {
            System.out.println("Java");
        }

        void 看电影() {
            System.out.println("看电影");
        }
    }

    public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            // 多态形式
            毕姥爷 a = new 毕老师(); // 向上转型
            a.讲课(); // 这里表象是毕姥爷，其实真正讲课的仍然是毕老师，因此调用的也是毕老师的讲课功能
            a.钓鱼(); // 这里表象是毕姥爷，但对象其实是毕老师，而毕老师继承了毕姥爷，即毕老师也具有钓鱼功能

            // 当要调用毕老师特有的看电影功能时，就必须进行类型转换
            毕老师 b = (毕老师) a; // 向下转型
            b.看电影();
        }

20笔记本电脑案例

A: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
B: 案例分析
- 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。

21笔记本电脑案例代码实现

 * A: 代码实现
    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 {
        public void open() {
            System.out.println("鼠标开启");
        }

        public void close() {
            System.out.println("鼠标关闭");
        }
    }

        键盘实现USB规则
    class KeyBoard implements USB {
        public void open() {
            System.out.println("键盘开启");
        }

        public void close() {
            System.out.println("键盘关闭");
        }
    }

        定义笔记本
    class NoteBook {
        // 笔记本开启运行功能
        public void 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
        public void useUSB(USB usb) {
            // 判断是否有USB设备
            if (usb != null) {
                usb.open();
                usb.close();
            }
        }

        public void shutDown() {
            System.out.println("笔记本关闭");
        }
    }

    public class Test {
        public static void 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();
        }
    }

作业测试

1、多态是什么，多态的前提条件是什么?

2、多态中成员访问的特点分别是什么?
成员变量
成员方法(非静态方法)
静态方法

3、什么是接口，它的特点是什么？

4、接口的成员特点有哪些？

5、抽象类和接口的区别是什么?

6：定义一个父类Animal eat方法 , 定义两个子类 Dog 特有方法keepHome , Cat 特有方法 catchMouse ;并且重写eat方法
测试类中写一个方法,参数列表有一个参数Animla类型,
要求: 调用该方法分别传递Dog对象和Cat 对象, 使用instanceof进行将转后调用eat,和他们的特有方法

7.测试: 如果一个方法的返回值类型是父类,那么能否返回一个子类对象.(该父类不管是类,抽象类还是接口)

8.现有两种 OldPhone NewPhone; 两个类都有call() sendMessage() 方法(考虑向上抽取一个父类);

    已知接口IPlay中有一个方法 playGame()，NewPhone添加玩游戏的功能;
要求: 分别测试OldPhone和NewPhone的两个方法,再测试新手机palyGame()的方法.

9 .(完成下面的汽车案例)

描述：汽车都具有跑的功能，普通的奥迪车也不例外，但是高端的奥迪车除了具有跑的功能外，还具有自动泊车和无人驾驶的功能！
需求：定义普通奥迪车，高端奥迪车，实现描述中的功能并测试