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一、接口
1.1 概述
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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(JDK 7及以前),默认方法和静态方法(JDK 8),私有方法(JDK 9)。
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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。
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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。
简单的说:接口就是多个类的公共规范。
接口是一种引用数据类型,最重要的内容就是其中的:抽象方法。
1.2 定义格式
public interface 接口名称 {
// 变量
// 抽象方法
// 默认方法
// 静态方法
// 私有方法
}
1.2.1 含有抽象方法
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使用范围
在任何版本的Java中,接口都能定义抽象方法。
-
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。 -
格式 :
public abstract 返回值类型 方法名称(参数列表);
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举例 :
public interface InterFaceName { // 这是一个抽象方法 public abstract void methodAbs1(); // 这也是抽象方法 abstract void methodAbs2(); // 这也是抽象方法 public void methodAbs3(); // 这也是抽象方法 void methodAbs4(); }
注意事项:
- 接口当中的抽象方法,修饰符必须是两个固定的关键字:
public abstract
- 这两个关键字修饰符,可以选择性地省略。(但不推荐。)
- 方法的三要素(方法名、参数列表、返回值),可以随意定义。
1.2.2 含有常量
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使用范围
在任何版本的Java中,接口都能定义成员变量。
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接口当中也可以定义“成员变量”,但是必须使用
public static final
三个关键字进行修饰。从效果上看,这其实就是接口的【常量】。
PS:一旦使用
final
关键字进行修饰,说明不可改变。 -
格式 :
public static final 数据类型 常量名称 = 数据值;
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举例 :
public interface MyInterfaceConst { // 这其实就是一个常量,一旦赋值,不可以修改 public static final int NUM_OF_MY_CLASS = 12; }
注意事项:
- 接口当中的常量,可以省略
public static final
,注意:不写也照样是这样。- 接口当中的常量,必须进行赋值;不能不赋值。
- 接口中常量的名称,使用完全大写的字母,用下划线进行分隔。(推荐命名规则)
1.2.3 含有默认方法
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使用范围
从Java 8开始,接口里允许定义默认方法。
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默认方法:使用
default
修饰,不可省略,供子类调用或者子类重写。 -
格式 :
public default 返回值类型 方法名称(参数列表) { 方法体 }
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作用 :
接口当中的默认方法,可以解决接口升级的问题。
具体解释:接口中添加默认方法,可以直接继承给实现类当中,从而不需要编辑实现类的代码,提高程序的稳定性。
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举例 :
public interface MyInterfaceDefault { // 抽象方法 public abstract void methodAbs(); // 新添加了一个抽象方法 // public abstract void methodAbs2(); // 新添加的方法,改成默认方法 public default void methodDefault() { System.out.println("这是新添加的默认方法"); } }
1.2.4 含有静态方法
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使用范围
从Java 8开始,接口当中允许定义静态方法。
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静态方法 :使用
static
修饰,供接口直接调用。 -
格式 :
public static 返回值类型 方法名称(参数列表) { 方法体 }
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举例 :
public interface MyInterfaceStatic { public static void methodStatic() { System.out.println("这是接口的静态方法!"); } }
1.2.5 含有私有方法和私有静态方法
问题描述:
我们需要抽取一个共有方法,用来解决两个默认方法之间重复代码的问题。但是这个共有方法不应该让实现类使用,应该是私有化的。
解决方案: 使用私有方法.
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使用范围从
Java 9开始,接口当中允许定义私有方法。
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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。-
普通私有方法 : 解决多个默认方法之间重复代码问题
格式:private 返回值类型 方法名称(参数列表) { 方法体 }
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静态私有方法 : 解决多个静态方法之间重复代码问题
格式:private static 返回值类型 方法名称(参数列表) { 方法体 }
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1.3 基本的实现
1.3.1 实现的概述
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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:
- 必须重写接口中所有抽象方法。
- 继承了接口的默认方法,即可以直接调用,也可以重写。
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实现格式 :
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】 }
1.3.2 抽象方法的使用
必须全部实现,代码如下:
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定义接口
public interface LiveAble { // 定义抽象方法 public abstract void eat(); public abstract void sleep(); }
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定义实现类
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"); } }
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定义测试类
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(); } } 输出结果: 吃东西 晚上睡
1.3.3 常量的使用
直接通过接口名进行调用:接口名.常量名
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定义接口类
public interface MyInterfaceConst { // 这其实就是一个常量,一旦赋值,不可以修改 public static final int NUM_OF_MY_CLASS = 12; }
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定义测试类
public class Demo05Interface { public static void main(String[] args) { // 访问接口当中的常量 System.out.println(MyInterfaceConst.NUM_OF_MY_CLASS); } } 输出结果: 12
1.3.4 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。
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继承默认方法,代码如下:
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定义接口:
public interface LiveAble { public default void fly(){ System.out.println("天上飞"); } }
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定义实现类:
public class Animal implements LiveAble { // 继承,什么都不用写,直接调用 }
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定义测试类:
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(); } } 输出结果: 天上飞
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重写默认方法,代码如下:
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定义接口:
public interface LiveAble { public default void fly(){ System.out.println("天上飞"); } }
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定义实现类:
public class Animal implements LiveAble { @Override public void fly() { System.out.println("自由自在的飞"); } }
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定义测试类:
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(); } } 输出结果: 自由自在的飞
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1.3.5 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
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格式:
接口名称.静态方法名(参数);
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代码如下:
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定义接口
public interface LiveAble { public static void run(){ System.out.println("跑起来~~~"); } }
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定义实现类
public class Animal implements LiveAble { // 无法重写静态方法 }
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定义测试类
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(); } } 输出结果: 跑起来~~~
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1.3.6 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。
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代码如下:
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定义接口
public interface LiveAble { default void func(){ System.out.println("通过默认方法调用:"); func2(); func3(); } public static void func1() { System.out.println("通过静态方法调用:"); func3(); } private void func2(){ System.out.println("运行私有方法"); } private static void func3(){ System.out.println("运行私有静态方法"); } }
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定义实现类
public class LiveAbleImpl implements LiveAble { // 继承,什么都不用写,直接调用 }
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定义测试类
public class InterfaceDemo { public static void main(String[] args) { // 创建实现类 LiveAbleImpl liveAble=new LiveAbleImpl(); // 调用默认方法 liveAble.func(); // 调用静态方法 LiveAble.func1(); } }
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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:
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】
}
[ ]: 表示可选操作。
1.4.1 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:
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定义多个接口
interface A { public abstract void showA(); public abstract void show(); } interface B { public abstract void showB(); public abstract void show(); }
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定义实现类
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"); } }
1.4.2 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:
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定义多个接口
interface A { public default void methodA(){ } public default void method(){ } } interface B { public default void methodB(){ } public default void method(){ } }
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定义实现类
public class C implements A,B{ @Override public void method() { System.out.println("method"); } }
1.4.3 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。
1.4.4 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:
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定义接口
interface A { public default void methodA(){ System.out.println("AAAAAAAAAAAA"); } }
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定义父类
public class D { public void methodA(){ System.out.println("DDDDDDDDDDDD"); } }
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定义子类
public class C extends D implements A { // 未重写methodA方法 }
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定义测试类
public class Test { public static void main(String[] args) { C c = new C(); c.methodA(); } } 输出结果: DDDDDDDDDDDD
1.5 接口的多继承【了解即可】
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。
多个父接口当中的抽象方法如果重复,没关系。
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。【而且带着default关键字】。
代码如下:
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定义父接口
interface A { public default void method(){ System.out.println("AAAAAAAAAAAAAAAAAAA"); } } interface B { public default void method(){ System.out.println("BBBBBBBBBBBBBBBBBBB"); } }
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定义子接口
interface D extends A,B{ @Override public default void method() { System.out.println("DDDDDDDDDDDDDD"); } }
PS :
- 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。
1.6 其他成员特点
- 接口中,无法定义成员变量,但是可以定义常量,其值不可以改变,默认使用
public static final
修饰。 - 接口中,没有构造方法,不能创建对象。
- 接口中,没有静态代码块。
1.7 接口总结
在Java 9+版本中,接口的内容可以有:
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成员变量其实是常量,格式:
[public] [static] [final] 数据类型 常量名称 = 数据值;
注意:
- 常量必须进行赋值,而且一旦赋值不能改变。
- 常量名称完全大写,用下划线进行分隔。
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接口中最重要的就是抽象方法,格式:
[public] [abstract] 返回值类型 方法名称(参数列表);
注意:实现类必须覆盖重写接口所有的抽象方法,除非实现类是抽象类。
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从Java 8开始,接口里允许定义默认方法,格式:
[public] default 返回值类型 方法名称(参数列表) { 方法体 }
注意:默认方法也可以被覆盖重写
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从Java 8开始,接口里允许定义静态方法,格式:
[public] static 返回值类型 方法名称(参数列表) { 方法体 }
注意:应该通过接口名称进行调用,不能通过实现类对象调用接口静态方法
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从Java 9开始,接口里允许定义私有方法,格式:
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普通私有方法:
private 返回值类型 方法名称(参数列表) { 方法体 }
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静态私有方法:
private static 返回值类型 方法名称(参数列表) { 方法体 }
注意:private 的方法只有接口自己才能调用,不能被实现类或别人使用。
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二、多态
2.1 概述
2.1.1 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。
2.1.2 定义
多态: 是指同一行为,具有多个不同表现形式。
2.1.2 前提【重点】
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继承或者实现【二选一】
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方法的重写【意义体现:不重写,无意义】
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父类引用指向子类对象【格式体现】
2.2 多态的体现
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多态体现的格式:
父类类型 对象名 = new 子类对象; //或者:接口名称 对象名 = new 实现类名称(); 对象名.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。
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代码如下:
Fu f = new Zi(); f.method();
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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:
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定义父类
public abstract class Animal { public abstract void eat(); }
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定义子类
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"); } }
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定义测试类
public class Test { public static void main(String[] args) { // 使用多态的写法,父类引用指向子类对象 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(); } }
总结:
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在多态的代码当中,成员方法的访问规则是:
看new的是谁,就优先用谁,没有则向上找。 -
口诀:编译看左边,运行看右边。
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对比一下:
成员变量:编译看左边,运行还看左边。
成员方法:编译看左边,运行看右边。
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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:
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定义父类
public abstract class Animal { public abstract void eat(); }
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定义子类
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"); } }
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定义测试类
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。
不仅仅是替代,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。
2.4.1 向上转型
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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。
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使用格式:
父类类型 变量名 = new 子类类型();
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如:
Animal a = new Cat();
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2.4.2 向下转型
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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。
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使用格式:
子类类型 变量名 = (子类类型) 父类变量名;
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如:
Cat c =(Cat) a;
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2.4.3 为什么要转型呢?
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:
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定义类
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"); } }
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定义测试类
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 } }
2.4.4 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:
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,明明创建的是 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。
故为了避免 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
这将会得到一个boolean
值结果,也就是判断前面的对象能不能当做后面类型的实例。
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
}
}
}
2.4.5 以上代码的图解和总结
三、接口多态的综合案例
3.1 笔记本电脑
笔记本电脑(laptop)通常具备使用USB设备的功能。在生产时,笔记本都预留了可以插入USB设备的USB接口, 但具体是什么USB设备,笔记本厂商并不关心,只要符合USB规格的设备都可以。
定义USB接口,具备最基本的开***能和关闭功能。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,实现USB接口,否则鼠标和键盘的生产出来也无法使用。
3.2 案例分析
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***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,要实现USB接口,并具备点击的方法
- 键盘类,要实现USB接口,具备敲击的方法
3.3 案例实现
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定义USB接口
public interface USB { public abstract void open(); // 打开设备 public abstract void close(); // 关闭设备 }
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定义鼠标类
// 鼠标就是一个USB设备 public class Mouse implements USB { @Override public void open() { System.out.println("打开鼠标"); } @Override public void close() { System.out.println("关闭鼠标"); } public void click() { System.out.println("鼠标点击"); } }
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定义键盘类
// 键盘就是一个USB设备 public class Keyboard implements USB { @Override public void open() { System.out.println("打开键盘"); } @Override public void close() { System.out.println("关闭键盘"); } public void type() { System.out.println("键盘输入"); } }
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定义笔记本类
public class Computer { public void powerOn() { System.out.println("笔记本电脑开机"); } public void powerOff() { System.out.println("笔记本电脑关机"); } // 使用USB设备的方法,使用接口作为方法的参数 public void useDevice(USB usb) { // 判断是否有USB设备 if (usb != null) { usb.open(); // 打开设备 if (usb instanceof Mouse) { // 一定要先判断 Mouse mouse = (Mouse) usb; // 向下转型 mouse.click(); } else if (usb instanceof Keyboard) { // 先判断 Keyboard keyboard = (Keyboard) usb; // 向下转型 keyboard.type(); } usb.close(); // 关闭设备 } } }
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定义测试类
public class DemoMain { public static void main(String[] args) { // 首先创建一个笔记本电脑 Computer computer = new Computer(); // 笔记本开启 computer.powerOn(); // 准备一个鼠标,供电脑使用 // Mouse mouse = new Mouse(); // 首先进行向上转型 USB usbMouse = new Mouse(); // 多态写法 // 参数是USB类型,我正好传递进去的就是USB鼠标 computer.useDevice(usbMouse); // 创建一个USB键盘 Keyboard keyboard = new Keyboard(); // 没有使用多态写法 // 方法参数是USB类型,传递进去的是实现类对象 computer.useDevice(keyboard); // 正确写法!也发生了向上转型 // 使用子类对象,匿名对象,也可以 // computer.useDevice(new Keyboard()); // 也是正确写法 computer.powerOff(); } }