1. 介面

1.1 介面概念

介面是功能的集合，同樣可看做是一種數據類型，是比抽象類更為抽象的”類”。

介面只描述所應該具備的方法，並沒有具體實現，具體的實現由介面的實現類(相當於介面的子類)來完成。這樣將功能的定義與實現分離，優化了程式設計。

請記住：一切事物均有功能，即一切事物均有介面。

1.2 介面的定義

與定義類的class不同，介面定義時需要使用interface關鍵字。

定義介面所在的仍為.java文件，雖然聲明時使用的為interface關鍵字的編譯後仍然會產生.class文件。這點可以讓我們將介面看做是一種只包含了功能聲明的特殊類。

定義格式：

public interface 介面名 {
抽象方法1;
抽象方法2;
抽象方法3;
}

使用interface代替了原來的class，其他步驟與定義類相同：

　　介面中的方法均為公共訪問的抽象方法

　　介面中無法定義普通的成員變數

1.3 類實現介面

類與介面的關係為實現關係，即類實現介面。實現的動作類似繼承，只是關鍵字不同，實現使用implements。

其他類(實現類)實現介面後，就相當於聲明：”我應該具備這個介面中的功能”。實現類仍然需要重寫方法以實現具體的功能。

格式：

class 類 implements 介面 {
    重寫介面中方法
} 

在類實現介面後，該類就會將介面中的抽象方法繼承過來，此時該類需要重寫該抽象方法，完成具體的邏輯。

　　介面中定義功能，當需要具有該功能時，可以讓類實現該介面，只聲明瞭應該具備該方法，是功能的聲明。

　　在具體實現類中重寫方法，實現功能，是方法的具體實現。

於是，通過以上兩個動作將功能的聲明與實現便分開了。(此時請重新思考：類是現實事物的描述，介面是功能的集合。)

1.4 介面中成員的特點

1、介面中可以定義變數，但是變數必須有固定的修飾符修飾，public static final 所以介面中的變數也稱之為常量，其值不能改變。後面我們會講解static與final關鍵字

2、介面中可以定義方法，方法也有固定的修飾符，public abstract

3、介面不可以創建對象。

4、子類必須覆蓋掉介面中所有的抽象方法後，子類才可以實例化。否則子類是一個抽象類。

interface Demo { ///定義一個名稱為Demo的介面。
    public static final int NUM = 3;// NUM的值不能改變
    public abstract void show1();
    public abstract void show2();
}

//定義子類去覆蓋介面中的方法。類與介面之間的關係是 實現。通過 關鍵字 implements
class DemoImpl implements Demo { //子類實現Demo介面。
    //重寫介面中的方法。
    public void show1(){}
    public void show2(){}
}

1.5 介面的多實現

瞭解了介面的特點後，那麼想想為什麼要定義介面，使用抽象類描述也沒有問題，介面到底有啥用呢？

介面最重要的體現：解決多繼承的弊端。將多繼承這種機制在java中通過多實現完成了。

interface Fu1
{
    void show1();
}
interface Fu2
{
    void show2();
}
class Zi implements Fu1,Fu2// 多實現。同時實現多個介面。
{
    public void show1(){}
    public void show2(){}
}

怎麼解決多繼承的弊端呢？

弊端：多繼承時，當多個父類中有相同功能時，子類調用會產生不確定性。

其實核心原因就是在於多繼承父類中功能有主體，而導致調用運行時，不確定運行哪個主體內容。

為什麼多實現能解決了呢？

因為介面中的功能都沒有方法體，由子類來明確。

1.6 類繼承類同時實現介面

介面和類之間可以通過實現產生關係，同時也學習了類與類之間可以通過繼承產生關係。當一個類已經繼承了一個父類，它又需要擴展額外的功能，這時介面就派上用場了。

子類通過繼承父類擴展功能，通過繼承擴展的功能都是子類應該具備的基礎功能。如果子類想要繼續擴展其他類中的功能呢？這時通過實現介面來完成。

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

介面的出現避免了單繼承的局限性。父類中定義的事物的基本功能。介面中定義的事物的擴展功能。

1.7 介面的多繼承

學習類的時候，知道類與類之間可以通過繼承產生關係，介面和類之間可以通過實現產生關係，那麼介面與介面之間會有什麼關係。

多個介面之間可以使用extends進行繼承。

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

在開發中如果多個介面中存在相同方法，這時若有個類實現了這些介面，那麼就要實現介面中的方法，由於介面中的方法是抽象方法，子類實現後也不會發生調用的不確定性。

1.8 介面的思想

前面學習了介面的代碼體現，現在來學習介面的思想，接下里從生活中的例子進行說明。

舉例：我們都知道電腦上留有很多個插口，而這些插口可以插入相應的設備，這些設備為什麼能插在上面呢？主要原因是這些設備在生產的時候符合了這個插口的使用規則，否則將無法插入介面中，更無法使用。發現這個插口的出現讓我們使用更多的設備。

總結：介面在開發中的它好處

1、介面的出現擴展了功能。

2、介面其實就是暴漏出來的規則。

3、介面的出現降低了耦合性，即設備與設備之間實現瞭解耦。

介面的出現方便後期使用和維護，一方是在使用介面（如電腦），一方在實現介面（插在插口上的設備）。例如：筆記本使用這個規則（介面），電腦外圍設備實現這個規則（介面）。

1.9 介面和抽象的區別

明白了介面思想和介面的用法後，介面和抽象類的區別是什麼呢？介面在生活體現也基本掌握，那在程式中介面是如何體現的呢？

通過實例進行分析和代碼演示抽象類和介面的用法。

1、舉例：

犬：

　　行為：

　　　　吼叫；

　　　　吃飯；

緝毒犬：

　　行為：

　　　　吼叫；

　　　　吃飯；

　　　　緝毒；

2、思考：

由於犬分為很多種類，他們吼叫和吃飯的方式不一樣，在描述的時候不能具體化，也就是吼叫和吃飯的行為不能明確。當描述行為時，行為的具體動作不能明確，這時，可以將這個行為寫為抽象行為，那麼這個類也就是抽象類。

可是當緝毒犬有其他額外功能時，而這個功能並不在這個事物的體系中。這時可以讓緝毒犬具備犬科自身特點的同時也有其他額外功能，可以將這個額外功能定義介面中。

         如下代碼演示：

interface 緝毒{
    public abstract void 緝毒();
}
//定義犬科的這個提醒的共性功能
abstract class 犬科{
public abstract void 吃飯();
public abstract void 吼叫();
}
// 緝毒犬屬於犬科一種，讓其繼承犬科，獲取的犬科的特性，
//由於緝毒犬具有緝毒功能，那麼它只要實現緝毒介面即可，這樣即保證緝毒犬具備犬科的特性，也擁有了緝毒的功能
class 緝毒犬 extends 犬科 implements 緝毒{

    public void 緝毒() {
    }
    void 吃飯() {
    }
    void 吼叫() {
    }
}
class 緝毒豬 implements 緝毒{
    public void 緝毒() {
    }
}

3、通過上面的例子總結介面和抽象類的區別：

相同點:

都位於繼承的頂端,用於被其他類實現或繼承;

都不能直接實例化對象;

都包含抽象方法,其子類都必須覆寫這些抽象方法;

區別:

抽象類為部分方法提供實現,避免子類重覆實現這些方法,提高代碼重用性;介面只能包含抽象方法;

一個類只能繼承一個直接父類(可能是抽象類),卻可以實現多個介面;(介面彌補了Java的單繼承)

抽象類是這個事物中應該具備的你內容, 繼承體系是一種 is..a關係

介面是這個事物中的額外內容,繼承體系是一種 like..a關係

二者的選用:

優先選用介面,儘量少用抽象類;

需要定義子類的行為,又要為子類提供共性功能時才選用抽象類;

2. 多態

2.1 多態概述

多態是繼封裝、繼承之後，面向對象的第三大特性。

現實事物經常會體現出多種形態，如學生，學生是人的一種，則一個具體的同學張三既是學生也是人，即出現兩種形態。                                                                                                             

Java作為面向對象的語言，同樣可以描述一個事物的多種形態。如Student類繼承了Person類，一個Student的對象便既是Student，又是Person。

Java中多態的代碼體現在一個子類對象(實現類對象)既可以給這個子類(實現類對象)引用變數賦值，又可以給這個子類(實現類對象)的父類(介面)變數賦值。

如Student類可以為Person類的子類。那麼一個Student對象既可以賦值給一個Student類型的引用，也可以賦值給一個Person類型的引用。

最終多態體現為父類引用變數可以指向子類對象。

多態的前提是必須有子父類關係或者類實現介面關係，否則無法完成多態。

在使用多態後的父類引用變數調用方法時，會調用子類重寫後的方法。

2.2 多態的定義與使用格式

多態的定義格式：就是父類的引用變數指向子類對象

父類類型  變數名 = new 子類類型();
變數名.方法名();

普通類多態定義的格式

父類 變數名 = new 子類();
如：    class Fu {}
    class Zi extends Fu {}
    //類的多態使用
Fu f = new Zi();

抽象類多態定義的格式

抽象類 變數名 = new 抽象類子類();
如：    abstract class Fu {
         public abstract void method();
         }
class Zi extends Fu {
public void method(){
              System.out.println(“重寫父類抽象方法”);
}
}
//類的多態使用
Fu fu= new Zi();

介面多態定義的格式

介面 變數名 = new 介面實現類();
如： interface Fu {
             public abstract void method();
}
class Zi implements Fu {
             public void method(){
              System.out.println(“重寫介面抽象方法”);
}
}
//介面的多態使用
Fu fu = new Zi();

註意事項

同一個父類的方法會被不同的子類重寫。在調用方法時，調用的為各個子類重寫後的方法。

如 Person p1 = new Student();
   Person p2 = new Teacher();
   p1.work(); //p1會調用Student類中重寫的work方法
   p2.work(); //p2會調用Teacher類中重寫的work方法

當變數名指向不同的子類對象時，由於每個子類重寫父類方法的內容不同，所以會調用不同的方法。

2.3 多態-成員的特點

掌握了多態的基本使用後，那麼多態出現後類的成員有啥變化呢？前面學習繼承時，我們知道子父類之間成員變數有了自己的特定變化，那麼當多態出現後，成員變數在使用上有沒有變化呢？

多態出現後會導致子父類中的成員變數有微弱的變化。看如下代碼

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);
    }
}

多態成員變數

當子父類中出現同名的成員變數時，多態調用該變數時：

編譯時期：參考的是引用型變數所屬的類中是否有被調用的成員變數。沒有，編譯失敗。

運行時期：也是調用引用型變數所屬的類中的成員變數。

簡單記：編譯和運行都參考等號的左邊。編譯運行看左邊。

多態出現後會導致子父類中的成員方法有微弱的變化。看如下代碼

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();
    }
}

多態成員方法

編譯時期：參考引用變數所屬的類，如果沒有類中沒有調用的方法，編譯失敗。

運行時期：參考引用變數所指的對象所屬的類，並運行對象所屬類中的成員方法。

簡而言之：編譯看左邊，運行看右邊。

2.4 instanceof關鍵字

我們可以通過instanceof關鍵字來判斷某個對象是否屬於某種數據類型。如學生的對象屬於學生類，學生的對象也屬於人類。

使用格式：

boolean  b  = 對象  instanceof  數據類型;

如

Person p1 = new Student(); // 前提條件，學生類已經繼承了人類
boolean flag = p1 instanceof Student; //flag結果為true
boolean flag2 = p2 instanceof Teacher; //flag結果為false

2.5 多態-轉型

多態的轉型分為向上轉型與向下轉型兩種：

　　向上轉型：當有子類對象賦值給一個父類引用時，便是向上轉型，多態本身就是向上轉型的過程。

　　使用格式：

父類類型  變數名 = new 子類類型();
如：Person p = new Student();

　　向下轉型：一個已經向上轉型的子類對象可以使用強制類型轉換的格式，將父類引用轉為子類引用，這個過程是向下轉型。如果是直接創建父類對象，是無法向下轉型的！

　　使用格式：

子類類型 變數名 = (子類類型) 父類類型的變數;
如:Student stu = (Student) p;  //變數p 實際上指向Student對象

2.6 多態的好處與弊端

當父類的引用指向子類對象時，就發生了向上轉型，即把子類類型對象轉成了父類類型。向上轉型的好處是隱藏了子類類型，提高了代碼的擴展性。

但向上轉型也有弊端，只能使用父類共性的內容，而無法使用子類特有功能，功能有限制。看如下代碼

//描述動物類，並抽取共性eat方法
abstract class Animal {
    abstract void eat();
}
 
// 描述狗類，繼承動物類，重寫eat方法，增加lookHome方法
class Dog extends Animal {
    void eat() {
        System.out.println("啃骨頭");
    }

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

// 描述貓類，繼承動物類，重寫eat方法，增加catchMouse方法
class Cat extends Animal {
    void eat() {
        System.out.println("吃魚");
    }

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

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Animal a = new Dog(); //多態形式，創建一個狗對象
        a.eat(); // 調用對象中的方法，會執行狗類中的eat方法
        // a.lookHome();//使用Dog類特有的方法，需要向下轉型，不能直接使用
        
        // 為了使用狗類的lookHome方法，需要向下轉型
// 向下轉型過程中，可能會發生類型轉換的錯誤，即ClassCastException異常
        // 那麼，在轉之前需要做健壯性判斷 
        if( !a instanceof Dog){ // 判斷當前對象是否是Dog類型
                 System.out.println("類型不匹配，不能轉換"); 
                 return; 
        } 
        Dog d = (Dog) a; //向下轉型
        d.lookHome();//調用狗類的lookHome方法
    }
}

我們來總結一下：

　　什麼時候使用向上轉型：

　　當不需要面對子類類型時，通過提高擴展性，或者使用父類的功能就能完成相應的操作，這時就可以使用向上轉型。

如：Animal a = new Dog();
    a.eat();

　　什麼時候使用向下轉型

　　當要使用子類特有功能時，就需要使用向下轉型。

如：Dog d = (Dog) a; //向下轉型
        d.lookHome();//調用狗類的lookHome方法

　　向下轉型的好處：可以使用子類特有功能。

　　弊端是：需要面對具體的子類對象；在向下轉型時容易發生ClassCastException類型轉換異常。在轉換之前必須做類型判斷。

如：if( !a instanceof Dog){…}

2.7 多態-舉例

我們明確多態使用，以及多態的細節問題後，接下來練習下多態的應用。

　　畢老師和畢姥爺的故事

/*
描述畢老師和畢姥爺，
畢老師擁有講課和看電影功能
畢姥爺擁有講課和釣魚功能
*/
class 畢姥爺 {
    void 講課() {
        System.out.println("政治");
    }

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

// 畢老師繼承了畢姥爺，就有擁有了畢姥爺的講課和釣魚的功能，
// 但畢老師和畢姥爺的講課內容不一樣，因此畢老師要覆蓋畢姥爺的講課功能
class 畢老師 extends 畢姥爺 {
    void 講課() {
        System.out.println("Java");
    }

    void 看電影() {
        System.out.println("看電影");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 多態形式
        畢姥爺 a = new 畢老師(); // 向上轉型
        a.講課(); // 這裡表象是畢姥爺，其實真正講課的仍然是畢老師，因此調用的也是畢老師的講課功能
        a.釣魚(); // 這裡表象是畢姥爺，但對象其實是畢老師，而畢老師繼承了畢姥爺，即畢老師也具有釣魚功能

        // 當要調用畢老師特有的看電影功能時，就必須進行類型轉換
        畢老師 b = (畢老師) a; // 向下轉型
        b.看電影();
    }
}

學習到這裡，面向對象的三大特征學習完了。

總結下封裝、繼承、多態的作用：

封裝：把對象的屬性與方法的實現細節隱藏，僅對外提供一些公共的訪問方式

繼承：子類會自動擁有父類所有可繼承的屬性和方法。

多態：配合繼承與方法重寫提高了代碼的復用性與擴展性；如果沒有方法重寫，則多態同樣沒有意義。