面向对象接口多态

摘要：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。具体格式如下父类引用指向子类对象就是多态的定义格式。多态的转型分为向上转型与向下转型两种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。

第3天 面向对象

今日内容介绍
 接口
 多态
 笔记本案例
今日学习目标
 写出定义接口的格式
 写出实现接口的格式
 说出接口中成员的特点
 接口和抽象类的区别
 能够说出使用多态的前提条件
 理解多态的向上转型
 理解多态的向下转型
 能够完成笔记本电脑案例（方法参数为接口）

第1章 接口

1.1 接口概念

类:具有相同属性和功能的事物集合

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。

1.2 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。
定义格式：
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

1.3 类实现接口

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。
格式：
class 实现类 implements 接口 {

重写接口中所有方法

}
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。
于是，通过以上两个动作将功能的声明与实现便分开了。(此时请重新思考：类是现实事物的描述，接口是功能的集合。)

1.4 接口中成员的特点

1、接口中可以定义成员变量，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
2、接口中可以定义方法，方法也有固定的修饰符，public abstract
3、接口不可以创建对象。
4、实现类必须覆盖掉接口中所有的抽象方法后，实现类才可以实例化。否则实现类是一个抽象类。

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
    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(){}
}

1.5 接口特点

 接口可以继承接口
如同类继承类后便拥有了父类的成员，可以使用父类的非私有成员。A接口继承B接口后，A接口便拥有了A、B两个接口中所有的抽象方法。
 Java支持一个类同时实现多个接口，或一个接口同时继承多个接口。
 类可以在继承一个类的同时，实现多个接口。
 接口与父类的功能可以重复，均代表要具备某种功能，并不冲突。

1.6 接口和抽象类的区别*

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。
1、举例：
犬：
行为：

吼叫；
吃饭；

缉毒犬：
行为：

吼叫；
吃饭；
缉毒；

2、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。

如下代码演示：

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() {
    }
}

3、通过上面的例子总结接口和抽象类的区别：
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;
 都可以包含抽象方法,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)

 抽象类为继承体系中的共性内容,接口为继承体系外的扩展功能

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;

第2章 多态

2.1 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。

2.2 多态代码体现

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。

具体格式如下：
父类引用指向子类对象就是多态的定义格式。同一个父类的方法会被不同的子类重写为各自的具体实现。在调用方法时，调用的为各个子类重写后的方法。
父类类型 变量名 = new 子类类型();
变量名.方法名();
此时，虽然该变量指向的是子类对象，但表现为一个父类的形态，可以调用一切父类的方法，子类特有的方法将不能调用。

2.3 多态调用注意事项

 成员变量编译看父类中是否存在,不存在编译失败
 成员变量运行父类中的变量
 成员方法编译看父类中是否存在,不存在编译失败
 成员方法运行子类重写的方法

2.4 多态的好处和弊端(猫狗的案例)**

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。
如：
在Boss类中，有叫员工去工作的方法，当该方法的参数定义为接口时，可以传入任意的子类对象。相比定义多个子类参数，定义多个方法，这样大大提高了代码复用性与扩展性。

class Boss{
    public void goToWork(Empolyee e){
        e.work();
    }
}

所以多态的存在意义(优点)为：
配合继承与方法重写提高了代码的复用性与扩展性，如果没有方法重写，则多态同样没有意义。

多态的弊端: 不能调用子类的特有方法

2.5 向上向下类型转换

多态本身是子类类型向父类类型向上转型的过程。
多态的转型分为向上转型与向下转型两种：
 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：Animal p = new Cat();
 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:Cat c = (Cat) a; //变量p 实际上指向Cat对象

 instanceof关键字
使用格式：
boolean b = 引用变量 instanceof 类;
if(a instanceof Dog){
Dog d = (Dog)a;
}

第3章 笔记本电脑案例

3.1 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

3.2 案例需求分析

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。

3.3 实现代码步骤

 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 {

publicvoid open() {
    System.out.println("鼠标开启");
}
publicvoid close() {
    System.out.println("鼠标关闭");
}

}

 键盘实现USB规则
class KeyBoard implements USB {

publicvoid open() {
    System.out.println("键盘开启");
}
publicvoid close() {
    System.out.println("键盘关闭");
}

}

 定义笔记本

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

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

publicclass Test {
    publicstaticvoid 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();
    }
}