11-面向对象

内容介绍：

• 接口
• 多态

1. 接口

1.1 接口概念

接口是功能的集合,同样可看做事一种数据类型，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，虽然声明时使用的是interface关键字的编译后仍然会生成.class文件。这点可以让我们将接口看作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接口中的抽象方法以实现具体的功能。
格式：

class 类 implements 接口{
    重写接口中的抽象方法
}

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，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，是方法的具体体现。
  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被成为常量，其值是不能被改变的。后面我们会讲解static与final关键字。
2. 接口中可以定义方法，方法也是有固定的修饰符的，public abstract
3. 接口不可以创建对象
4. 只有当子类全部覆盖掉接口中的所有的抽象方法，子类才可以被实例化。否则子类是一个抽象类。

public interface Demo{//定义一个名称为Demo的接口
        public static final int num = 100;//num的值是不可以被改变的
        public abstatct void show1();
        public abstatct void show2();

}

//定义子类(接口实现类)去重写接口中的方法。类与接口之间的关系是 实现。通过关键字implements
public classs DemoImpl  implements Demo{//子类实现接口
      //重写接口中的抽象方法
      public void show1(){};
      public void show2(){};

}

1.5 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，接口到底有什么作用呢？
接口最重要的提现：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。

//定义两个接口类
public interface Fu1{
    public abstract void show1();
}

public interface Fu2{
    public abstract void show2();
}
//接口的多实现
public class Zi implements Fu1,Fu2{
    public void show1(){};
    public void show2(){};
}

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的功能时，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的内容。
为什么多实现能解决呢？
因为接口中的功能都没有主体，有子类来明确。

1.6 类继承类同时实现接口

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。

//定义一个父类
public class Fu{
        public void show(){};
}
//定义一个接口
public interface Inter{
        public abstract void show1();
}
//定义一个类既继承Fu类又实现接口类Inter
public class Zi extends Fu implements Inter{
        //public void show(){}; 从父类直接继承过来
        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。

1.7 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呢？
多个接口之间可以使用extends进行继承。

public interface Fu1{
        public abstract void show1();
}

public interface Fu2{
        public abstract void show2();
}
public interface Fu3{
        public abstract void show3();
}
//接口的多继承
public interface Zi entends Fu1,Fu2,Fu3{
    public abstract void show4();
}

在开发中如果多个接口中存在相同的方法，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，由于接口中的方式是抽象方法，子类实现后也不会发生调用的不确定性。

1.8 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，接下来从生活的例子进行说明。
举例：我们都知道电脑上留有多个插口，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。插口的出现让我们使用更多的设备。
总结：接口在开发中好处

1. 接口的出现扩展了功能
2. 接口其实就是暴露出来的规则
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(插在接口上的设备)。

1.9 接口和抽象的区别

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？接口在生活提现也基本掌握，那在程序中接口是如何体现的呢？

1. 举例：
   犬：
   行为：
   吼叫;
   吃饭;
   缉毒犬：
   行为：
   吼叫;
   吃饭;
   缉毒;
   2.思考：
   由于犬类分为很多种，它们吼叫和吃放的方式不一样，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的额外功能时，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具有其他额外功能，可以将这个额外功能定义在接口中。
   如下代码：

//伪代码

//定义缉毒功能接口
public interface 缉毒 {
    public abstaract void 缉毒();
}

//定义犬科的这个类的共性功能
public 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，这样既保证缉毒犬具备犬科的特性，也拥有了缉毒的功能。

public class 缉毒犬 extends 犬科 implements 缉毒{
    //重写方法
    public void 吼叫(){};
    public void 吃饭(){};

    public void 缉毒(){};
}

3. 通过上面的伪代码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;
• 都包含抽象方法，其子类都必须覆写这些抽象方法;
  二者的选用：
• 优先选用接口，尽量少用抽象类
• 需要定义类的行为，又要为子类提供共性功能时才选用抽象类。

2 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对象既可以复制个一个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后者类实现接口，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 多态的定义与使用格式

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();//调用的是子类对象的重写方法

• 普通类多态定义的格式：

父类 变量名 = new 子类();

如：

//父类
public class Fu{}
//子类
public class Zi extends Fu{}

package itcast.cn04;
//测试类
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
              Fu f = new Zi();
    }

}

• 抽象类多态定义的格式

抽象类 变量名 = new 抽象类子类();

如：

public abstract class Fu{
    public abstract void method();
}

//子类
public class Zi extends Fu{
      //重写父类的抽象方法
      public void method(){
            System.out.println("重写了父类的抽象方法");
        }
}
//类的多态使用
Fu f = new Zi();

• 接口多态定义格式

接口 变量名 = new 接口实现类;

如：

public interface Fu{
    public abstract void method();
}

//类实现接口
public class Zi implements Fu{
      //重写接口类的抽象方法
      public void method(){
            System.out.println("重写了父类的抽象方法");
        }
}
//接口的多态使用
Fu f = new Zi();

• 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。

2.3 多态-成员的特点

掌握了多态的基本使用后，那么多态出现后类的成员有什么变化呢？前面学习继承时，我们知道子类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变化。如下：

//父类
package itcast04;

public class Fu {
    int num = 4;
}
//子类
package itcast04;

public class Zi extends Fu {
    int num = 1;
}
//测试类
package itcast04;

public class TestFZDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Fu f = new Zi();
        System.out.println(f.num);
        Zi z = new Zi();
        System.out.println(z.num);
    }

}
//输出：
4，1

• 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，则编译失败。
  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。

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：

package itcast04;
//父类
public class Fu {
    int num = 4;
    public  void method() {
        System.out.println("Fu类的成员方法"+num);
    }
}
//子类
package itcast04;

public class Zi extends Fu {
    int num = 1;
    public  void method() {
        System.out.println("Zi类的成员方法"+num);
    }
}

//测试类
package itcast04;

public class TestFZDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Fu f = new Zi();
        System.out.println(f.num);
        Zi z = new Zi();
        System.out.println(z.num);
        
        f.method();
        z.method();
    }

}
//输出：
4
1
Zi类的成员方法1
Zi类的成员方法1

• 多态成员方法：
  编译时期：参考引用变量所属的类，如果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。

2.4 instanceof关键字

我们可以通过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。
使用格式：
boolean b = 对象 instanceof 数据类型;

2.5 多态-转型

多态的转型分为向上转型和向下转型两种:

• 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：Person p = new Student();

• 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实际指向Student对象

2.6 多态的好处与弊端

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。如下代码：

package itcast04;
//描述动物类
public abstract class Animal {
    public abstract void eat();
}
//创建子类
package itcast04;
//描述狗类，继承动物类，重写eat方法，增加了lookHome方法
public class Dog extends Animal{
    //重写抽象方法
    public void eat() {
        System.out.println("啃骨头");
    }
      //子类特有的方法
    public void lookHome() {
        System.out.println("看家");
    }
}
//创建测试类
package itcast04;

public class TestDogDemo {

    public static void main(String[] args) {
        //多态，创建一个Dog对象
        Animal d = new Dog();
        //直接调用eat方法
        d.eat();
        
        //现在我想调用Dog类特有的lookHome()方法
        //d.lookHome();//可以看到报错了
        
        //那么为了可以使用Dog类特有的lookHome()方法，我们需要向下转型，并且在向下转型时，需要做健壮性判断
        boolean b = d instanceof Dog;
        if( !b ) {//判断当前对象是否属于Dog类型
            System.out.println("类型不匹配，转型失败");
            return;
        }
        Dog dog = (Dog) d;//此处需要给对象一个新的引用变量
        dog.lookHome();//可以正常使用子类的特有方法了
        
    }

}

我们来总结一下：

• 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。
• 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了。
• 向下转型的好处：可以使用子类的特有功能。
• 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。

总结下封装、继承、多态的作用：

• 封装：把对象的属性与方法的实现细节隐藏，仅对外提供一些公共访问的方式
• 继承：子类会自动拥有父类所有可继承的属性和方法。
• 多态：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(如果没有继承关系发生，更谈不上多态了)