• Java——接口

    目录

    一.接口的概念

    二.语法规则 

    三.接口使用

    四.接口特性 

    1.接口类型是一种引用类型，但是不能直接new接口的对象

    2.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)

    3.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，有例外，见第9点

    4.重写接口中方法时，不能使用默认的访问权限

    5.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，定义的时候必须初始化，以后定义的时候可以省略public static final

    6.接口中不能有静态代码块和构造方法

    7.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

    8. 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

    9. jdk8中：接口中还可以包含default方法和static方法，它们是可以有具体的实现的。

    五.实现多个接口 

    六.接口间的继承

    七.接口使用实例

    1.给对象数组排序

    八.Clonable 接口和深拷贝

    一.接口的概念

    在现实生活中，接口的例子比比皆是，比如：笔记本上的USB口，电源插座等。

    电脑的USB口上，可以插：U盘、鼠标、键盘...所有符合USB协议的设备电源插座插孔上，可以插：电脑、电视机、电饭煲...所有符合规范的设备。通过上述例子可以看出：接口就是公共的行为规范标准，大家在实现时，只要符合规范标准，就可以通用。 在Java中，接口可以看成是：多个类的公共规范，是一种引用数据类型。

    二.语法规则 

    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。

    1. public interface 接口名称{
    2.     // 抽象方法
    3.     public abstract void method1();   // public abstract 是固定搭配，可以不写
    4.     public void method2();
    5.     abstract void method3();
    6.     void method4();
    7.     
    8.     // 注意：在接口中上述写法都是抽象方法，跟推荐方式4，代码更简洁
    9. }
    1. 提示:
    2. 1. 创建接口时, 接口的命名一般以大写字母 I 开头.
    3. 2. 接口的命名一般使用 "形容词" 词性的单词. 
    4. 3. 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.

    三.接口使用

    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。

    1. public  class 类名称 implements 接口名称{
    2.     // ...
    3. }

     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。

    1. 请实现笔记本电脑使用USB鼠标、USB键盘的例子
    2. 1. USB接口：包含打开设备、关闭设备功能
    3. 2. 笔记本类：包含开机功能、关机功能、使用USB设备功能
    4. 3. 鼠标类：实现USB接口，并具备点击功能
    5. 4. 键盘类：实现USB接口，并具备输入功能
    1. // USB接口
    2. public interface USB {
    3.     void openDevice();
    4.     void closeDevice();
    5. }
    6.  
    7. // 鼠标类，实现USB接口
    8. public class Mouse implements USB {
    9.     @Override
    10.     public void openDevice() {
    11.         System.out.println("打开鼠标");
    12.    }
    13. @Override
    14.     public void closeDevice() {
    15.         System.out.println("关闭鼠标");
    16.    }
    17.  
    18.     public void click(){
    19.         System.out.println("鼠标点击");
    20.    }
    21. }
    22.  
    23. // 键盘类，实现USB接口
    24. public class KeyBoard implements USB {
    25.     @Override
    26.     public void openDevice() {
    27.         System.out.println("打开键盘");
    28.    }
    29.  
    30.     @Override
    31.     public void closeDevice() {
    32.         System.out.println("关闭键盘");
    33.    }
    34.  
    35.     public void inPut(){
    36.         System.out.println("键盘输入");
    37.    }
    38. }
    39.  
    40. // 笔记本类：使用USB设备
    41. public class Computer {
    42.     public void powerOn(){
    43.         System.out.println("打开笔记本电脑");
    44.    }
    45.  
    46.     public void powerOff(){
    47.         System.out.println("关闭笔记本电脑");
    48.    }
    49.  
    50.     public void useDevice(USB usb){
    51.         usb.openDevice();
    52.      //区分usb到底引用了哪个对象
    53.         if(usb instanceof Mouse){
    54.             Mouse mouse = (Mouse)usb;//强转，向下转型
    55.             mouse.click();
    56.        }else if(usb instanceof KeyBoard){
    57.             KeyBoard keyBoard = (KeyBoard)usb;
    58.             keyBoard.inPut();
    59.        }
    60.         usb.closeDevice();
    61.    }
    62. }
    63.  
    64. // 测试类：
    65. public class TestUSB {
    66.     public static void main(String[] args) {
    67.       Computer computer = new Computer();
    68.         computer.powerOn();
    69.  
    70.         // 使用鼠标设备
    71.         computer.useDevice(new Mouse());
    72.  
    73.         // 使用键盘设备
    74.         computer.useDevice(new KeyBoard());
    75.  
    76.         computer.powerOff();
    77.    }
    78. }

     

    四.接口特性 

    1.接口类型是一种引用类型，但是不能直接new接口的对象

    1. public class TestUSB {
    2.     public static void main(String[] args) {
    3.         USB usb = new USB();
    4.    }
    5. }
    6.  
    7. // Error:(10, 19) java: day20210915.USB是抽象的; 无法实例化

    2.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)

    1. public interface USB {
    2.     // Error:(4, 18) java: 此处不允许使用修饰符private
    3.     private void openDevice();
    4.     void closeDevice();
    5. }

    3.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，有例外，见第9点

    1. public interface USB {
    2.     void openDevice();
    3.     
    4.     // 编译失败：因为接口中的方式默认为抽象方法
    5.     // Error:(5, 23) java: 接口抽象方法不能带有主体
    6.     void closeDevice(){
    7.         System.out.println("关闭USB设备");
    8.    }
    9. }

    4.重写接口中方法时，不能使用默认的访问权限

    1. public interface USB {
    2.     void openDevice();    // 默认是public的
    3.     void closeDevice();   // 默认是public的
    4. }
    5.  
    6. public class Mouse implements USB {
    7.     @Override
    8.     void openDevice() {
    9.         System.out.println("打开鼠标");
    10.    }
    11.     
    12.     // ...
    13. }
    14.  
    15. // 编译报错，重写USB中openDevice方法时，不能使用默认修饰符
    16. // 正在尝试分配更低的访问权限; 以前为public

    5.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，定义的时候必须初始化，以后定义的时候可以省略public static final

    1. public interface USB {
    2.     double brand = 3.0;  // 默认被：final public static修饰
    3.     void openDevice();
    4.     void closeDevice();
    5. }
    6.  
    7. public class TestUSB {
    8.     public static void main(String[] args) {
    9.         System.out.println(USB.brand);   // 可以直接通过接口名访问，说明是静态的
    10.         
    11.         // 编译报错：Error:(12, 12) java: 无法为最终变量brand分配值
    12.         USB.brand = 2.0;       // 说明brand具有final属性
    13.    }
    14. }

    6.接口中不能有静态代码块和构造方法

    1. public interface USB {
    2.     // 编译失败
    3.     public USB(){
    4.  
    5.    }
    6.  
    7.    {}    // 编译失败
    8.     
    9.     void openDevice();
    10.     void closeDevice();
    11. }

    7.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

    8. 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

    9. jdk8中：接口中还可以包含default方法和static方法，它们是可以有具体的实现的。

    五.实现多个接口 

    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。下面通过类来表示一组动物。

    1. class Animal {
    2.     protected String name;
    3.     
    4.     public Animal(String name) {
    5.         this.name = name;
    6.    }
    7. }

    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"。

    1. interface IFlying {
    2.     void fly();
    3. }
    4.  
    5. interface IRunning {
    6.     void run();
    7. }
    8.  
    9. interface ISwimming {
    10.     void swim();
    11. }

    接下来我们创建几个具体的动物

    猫，是会跑的

    1. class Cat extends Animal implements IRunning {
    2.     public Cat(String name) {
    3.         super(name);
    4.    }
    5.  
    6.     @Override
    7.     public void run() {
    8.         System.out.println(this.name + "正在用四条腿跑");
    9.    }
    10. }

    鱼，是会游的

    1. class Fish extends Animal implements ISwimming {
    2.     public Fish(String name) {
    3.         super(name);
    4.    }
    5.  
    6.     @Override
    7.     public void swim() {
    8.         System.out.println(this.name + "正在用尾巴游泳");
    9.    }
    10. }

    青蛙，既能跑，又能游(两栖动物)

    1. class Frog extends Animal implements IRunning, ISwimming {
    2.     public Frog(String name) {
    3.         super(name);
    4.    }
    5.  
    6.     @Override
    7.     public void run() {
    8.         System.out.println(this.name + "正在往前跳");
    9.    }
    10.  
    11.     @Override
    12.     public void swim() {
    13.         System.out.println(this.name + "正在蹬腿游泳");
    14.    }
    15. }

    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"

    1. class Duck extends Animal implements IRunning, ISwimming, IFlying {
    2.     public Duck(String name) {
    3.         super(name);
    4.    }
    5.  
    6.     @Override
    7.     public void fly() {
    8.         System.out.println(this.name + "正在用翅膀飞");
    9.  
    10.    }
    11.  
    12.     @Override
    13.     public void run() {
    14.         System.out.println(this.name + "正在用两条腿跑");
    15.    }
    16.     @Override
    17.     public void swim() {
    18.         System.out.println(this.name + "正在漂在水上");
    19.    }
    20. }

    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。

    1. 猫是一种动物, 具有会跑的特性.
    2. 青蛙也是一种动物, 既能跑, 也能游泳
    3. 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"

    1. public static void walk(IRunning running) {
    2.     System.out.println("我带着伙伴去散步");
    3.     running.run();
    4. }

    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

    1. Cat cat = new Cat("小猫");
    2. walk(cat);
    3.  
    4. Frog frog = new Frog("小青蛙");
    5. walk(frog);
    6.  
    7. // 执行结果
    8. 我带着伙伴去散步
    9. 小猫正在用四条腿跑
    10. 我带着伙伴去散步
    11. 小青蛙正在往前跳

    甚至参数可以不是 "动物"，只要会跑!

    1. class Robot implements IRunning {
    2.     private String name;
    3.     public Robot(String name) {
    4.         this.name = name;
    5.    }
    6.  
    7.     @Override
    8.     public void run() {
    9.         System.out.println(this.name + "正在用轮子跑");
    10.    }
    11. }
    12.  
    13. Robot robot = new Robot("机器人");
    14. walk(robot);
    15.  
    16. // 执行结果
    17. 机器人正在用轮子跑

    六.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。  

    1. interface IRunning {
    2.     void run();
    3. }
    4.  
    5. interface ISwimming {
    6.     void swim();
    7. }
    8.  
    9. // 两栖的动物, 既能跑, 也能游
    10. interface IAmphibious extends IRunning, ISwimming {
    11.  
    12. }
    13.  
    14. class Frog implements IAmphibious {
    15.  ...
    16. }

    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。

    接口间的继承相当于把多个接口合并在一起.

    七.接口使用实例

    1.给对象数组排序

    1. class Student {
    2.     private String name;
    3.     private int score;
    4.  
    5.     public Student(String name, int score) {
    6.         this.name = name;
    7.         this.score = score;
    8.    }
    9.     
    10.     @Override
    11.     public String toString() {
    12.         return "[" + this.name + ":" + this.score + "]";
    13.    }
    14. }

    再给定一个学生对象数组, 对这个对象数组中的元素进行排序(按分数降序)。

    1. Student[] students = new Student[] {
    2.     new Student("张三", 95),
    3.     new Student("李四", 96),
    4.     new Student("王五", 97),
    5.     new Student("赵六", 92),
    6. };

    按照我们之前的理解, 数组我们有一个现成的 sort 方法, 能否直接使用这个方法呢?

    1. Arrays.sort(students);
    2. System.out.println(Arrays.toString(students));
    3.  
    4. // 运行出错, 抛出异常.
    5. Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Student cannot be cast to java.lang.Comparable

    仔细思考，不难发现，和普通的整数不一样，两个整数是可以直接比较的, 大小关系明确。而两个学生对象的大小关系怎么确定？需要我们额外指定。让我们的 Student 类实现 Comparable 接口， 并实现其中的 compareTo 方法

    1. class Student implements Comparable {
    2.     private String name;
    3.     private int score;
    4.  
    5.     public Student(String name, int score) {
    6.         this.name = name;
    7.         this.score = score;
    8.    }
    9.  
    10.     @Override
    11.     public String toString() {
    12.         return "[" + this.name + ":" + this.score + "]";
    13.    }
    14.  
    15.     @Override
    16.     public int compareTo(Object o) {
    17.         Student s = (Student)o;
    18.         if (this.score > s.score) {
    19.             return -1;
    20.        } else if (this.score < s.score) {
    21.             return 1;
    22.        } else {
    23.             return 0;
    24.        }
    25.    }
    26. }

    在sort方法中会自动调用 compareTo 方法。compareTo 的参数是 Object , 其实传入的就是 Student 类型的对象. 然后比较当前对象和参数对象的大小关系(按分数来算)。

    • 如果当前对象应排在参数对象之前, 返回小于 0 的数字;
    • 如果当前对象应排在参数对象之后, 返回大于 0 的数字;
    • 如果当前对象和参数对象不分先后, 返回 0;

    再次执行程序,，结果就符合预期了。

    1. // 执行结果
    2. [[王五:97], [李四:96], [张三:95], [赵六:92]]

    注意事项: 对于 sort 方法来说, 需要传入的数组的每个对象都是 "可比较" 的，需要具备 compareTo 这样的能力。通过重写 compareTo 方法的方式, 就可以定义比较规则

    为了进一步加深对接口的理解, 我们可以尝试自己实现一个 sort 方法来完成刚才的排序过程(使用冒泡排序)

    1. public static void sort(Comparable[] array) {
    2.     for (int bound = 0; bound < array.length; bound++) {
    3.         for (int cur = array.length - 1; cur > bound; cur--) {
    4.             if (array[cur - 1].compareTo(array[cur]) > 0) {
    5.                 // 说明顺序不符合要求, 交换两个变量的位置
    6.                 Comparable tmp = array[cur - 1];
    7.                 array[cur - 1] = array[cur];
    8.                 array[cur] = tmp;
    9.            }
    10.        }
    11.    }
    12. }

    再次执行代码

    1. sort(students);
    2. System.out.println(Arrays.toString(students));
    3.  
    4. // 执行结果
    5. [[王五:97], [李四:96], [张三:95], [赵六:92]]

    八.Clonable 接口和深拷贝

    Java 中内置了一些很有用的接口，Clonable 就是其中之一。Object 类中存在一个 clone 方法, 调用这个方法可以创建一个对象的 "拷贝"。但是要想合法调用 clone 方法，必须要 先实现 Clonable 接口，否则就会抛出 CloneNotSupportedException异常。

    1. class Animal implements Cloneable {
    2.     private String name;
    3.  
    4.     @Override
    5.     public Animal clone() {
    6.         Animal o = null;
    7.         try {
    8.             o = (Animal)super.clone();
    9.        } catch (CloneNotSupportedException e) {
    10.             e.printStackTrace();
    11.        }
    12.         return o;
    13.    }
    14. }
    15.  
    16. public class Test {
    17.     public static void main(String[] args) {
    18.         Animal animal = new Animal();
    19.         Animal animal2 = animal.clone();
    20.         System.out.println(animal == animal2);
    21.    }
    22. }
    23.  
    24. // 输出结果
    25. // false
    1. 浅拷贝 VS 深拷贝
    2. Cloneable 拷贝出的对象是一份 "浅拷贝"
    3. 观察以下代码:
    4. class Money {
    5.     public double m = 99.99;
    6. }
    7.  
    8. class Person implements Cloneable{
    9.     public Money money = new Money();
    10.  
    11.     @Override
    12.     protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    13.         return super.clone();
    14.    }
    15. }
    16.  
    17. public class TestDemo3 {
    18.     public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    19.         Person person1 = new Person();
    20.         Person person2 = (Person) person.clone();
    21.         System.out.println("通过person2修改前的结果");
    22.         System.out.println(person1.money.m);
    23. System.out.println(person2.money.m);
    24.         person2.money.m = 13.6;
    25.         System.out.println("通过person2修改后的结果");
    26.         System.out.println(person1.money.m);
    27.         System.out.println(person2.money.m);
    28.    }
    29. }
    30.  
    31. // 执行结果
    32. 通过person2修改前的结果
    33. 99.99
    34. 99.99
    35. 通过person2修改后的结果
    36. 13.6
    37. 13.6

    如上代码，我们可以看到，通过clone，我们只是拷贝了Person对象。但是Person对象中的Money对象，并没有拷贝。通过person2这个引用修改了m的值后，person1这个引用访问m的时候，值也发生了改变。这里就是发生了浅拷贝。

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