抽象类和接口（二）

2.接口

2.1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

从上述的例子可以看出：接口就是公共的行为规范标准，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。

2.2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。

java 复制代码

public interface 接口名称{
    //抽象方法
    public abstract void method1();// public abstract 是固定搭配，可以不写
    public void method2();
    abstract void method3();
    void method4();
    

    // 注意：在接口中上述写法都是抽象方法，推荐方式4，代码更简洁
}

提示：

创建接口时，接口的名么一般以大写字母I开头
接口命名一般使用"形容词"词性的单词。
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

2.3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。

java 复制代码

public class 名称类 implements 接口名称{
    //...

}

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。

java 复制代码

请实现笔记本电脑使用USB鼠标、USB键盘的例子
1.USB接口：包含打开设备、关闭设备功能
2.笔记本类：包含开机功能、关机功能、使用USB设备功能
3.鼠标类：实现USB接口，并具备点击功能
4.键盘类：实现USB接口，并具备输入功能

java 复制代码

//USB接口
public interface USB{
    void openDevice();
    void closeDevice();
}

//鼠标类，实现USB接口
public class Mouse implements USB{
    @Override
    public void openDevice(){
        System.out.println("打开鼠标");
    }
    
    @Override
    public void closeDevice(){
        System.out.println("关闭鼠标");
    }
    
    public void click(){
        System.out.println("鼠标点击");
    }
}

// 键盘类，实现USB接口
public class KeyBoard implements USB{
    @Override
    public void openDevice(){
        System.out.println("打开键盘");
    }

    @Override
    public void closeDevice() {
        System.out.println("关闭键盘");
    }

    public void inPut(){
        System.out.println("键盘输入");
    }
}

//笔记本类：使用USB设备
public class Computer{
    public void powerOn(){
        System.out.println("打开笔记本电脑");
    }
    
    public void powerOff(){
        System.out.println("关闭笔记本电脑");
    }
    
    public void useDevice(USB usb){
        usb.openDevice();
        if(usb instanceof Mouse){
            Mouse mouse = (Mouse)usb;
            mouse.click();
        }else if(usb instanceof KeyBoard){
            KeyBoard keyBoard = (KeyBoard)usb;
            keyBoard.inPut();
        }
        usb.closeDevice();
    }
}

//测试类：
public class TestUSB{
    
    public static void main(String[] args){
        Computer computer = new Computer();
        computer.powerOn();
        
        // 使用鼠标设备
        computer.useDevice(new Mouse());
        
        // 使用键盘设备
        computer.useDevice(new KeyBoard());
        
    
        computer.powerOff();
    }
}

2.4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

java 复制代码

public class TestUSB{
    public static void main(String[] args){
        USB usb = new USB();
    }
}

// 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，其他修饰符会报错）

java 复制代码

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

3.接口中的方法是不能再接口中实现的，只能由实现接口的类来实现

java 复制代码

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

4.重写接口中方法时，不能使用默认的访问权限

java 复制代码

public interface USB{    
    void openDevice();// 默认是public的
    void closeDevice();// 默认是public的
    
}

public class Mouse implements USB{
    @Override
    void openDevice() {
        System.out.println("打开鼠标");
    }
    
    // ...

}

// 编译报错，重写USB中openDevice方法时，不能使用默认修饰符
// 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

java 复制代码

public interface USB{
    double brand = 3.0; // 默认被：final public static修饰
    void openDevice();
    void closeDevice();
}

public class TestUSB {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(USB.brand); // 可以直接通过接口名访问，说明是静态的
        // 编译报错：Error:(12, 12) java: 无法为最终变量brand分配值
        USB.brand = 2.0; // 说明brand具有final属性
    }
}

6.接口中不能有静态代码块和构造方法

java 复制代码

public interface USB{
    //编译失败
    public USB(){
    }
    {} // 编译失败
    void openDevice();
    void closeDevice();
}

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。

2.5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。

java 复制代码

class Animal {
    protected String name;
    
    public Animal(String name){
        this.name = name;
    }
}

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"。

java 复制代码

interface IFlying{
    void fly();
}

interface IRunning{
    void run();
}

interface ISwimming{
    void swim();
}

接下来我们创建几个具体的动物

猫，是会跑的。

java 复制代码

class Cat extends Animal implements IRunning{
    public Cat(String nam){
        super(name);
    }

    @Override
    public void run(){
        System.out.println(this.name+"正在用四条腿跑");
    }
}

鱼，是会游的。

java 复制代码

class Fish extends Animal implements ISwimming{
    public Fish(String name){
        super(name);
    }
    
    @Override
    public void swim(){
        System.out.println(this.name+"正在用尾巴游泳");
    }
}

青蛙, 既能跑, 又能游(两栖动物)

java 复制代码

class Frog extends Animal implements IRunning,ISwiming{
    public Frog(String name){
        super(name);
    }
    
    @Override
    public void run(){
        System.out.prinln(this.name+"正在往前跳");
    }
    
    @Override
    public void swim(){
        System.out.println(this.name+"正在蹬腿游泳");
    }
}

提示：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

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"

java 复制代码

class Duck extends Animal implements IRunning,ISwimming,IFlying{    
    public Duck(String name){
        super(name);   
    }
    
    @Override
    public void fly(){
        System.out.println(this.name + "正在用翅膀飞");
    }
    

    @Override
    public void run(){
        System.out.println(this.name+"正在用两条腿跑")；
    }
    
    @Override
    public void swim(){
        System.out.println(this.name+"正在漂在水上");
    }
}

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

猫是一种动物，具有会跑的特性

青蛙也是一种动物，既能跑，也能游泳

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,让程序员**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"

java 复制代码

public static void walk(IRunning running){
    System.out.prinln("我带着伙伴去散步");
    running.run();
}

在这个walk方法内部，我们笔耕不关注到底是哪种动物，只要参数是会跑的，就行

java 复制代码

Cat cat = new Cat("小猫");
walk(cat);

Frog frog = new frog("小青蛙");
walk(frog);

//执行结果
我带着伙伴去散步
小猫正在用四条腿跑
我带着伙伴去散步
小青蛙正在往前跳

甚至参数可以不是"动物"，只要会跑

java 复制代码

class Robot implement IRunning{
    private String name;
    public Robot(String name){
        this.name = name;
    }
    
    @Override
    public void run(){
        System.out.println(this.name + "正在用轮子跑");
    }
}


Robot robot = new Robot("机器人");
walk(robot);

// 执行结果
机器人正在用轮子跑

2.6接口见的继承

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。用extends关键字。

java 复制代码

interface IRunning{
    void run();
}

interface ISwimming{
    void swim();
}

//两栖的动物，既能跑，也能游
interface Amphibious extends IRunning,ISwimming{
    
    
}

class Frog implements IAmphibious{

}

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

2.7接口使用实例

给对象数字排序

java 复制代码

class Student{
    private String name;
    private int score;

    public Student(String name,int score){
        this.name = name;
        this.score = score;
    }

    
    @Override
    public String toString(){    
        return"["+this.name+";"+this.score+"]"
    }
}

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).

java 复制代码

Student[] students = new Student[]{
    new Student("张三",95);
    new Student("李四",96);
    new Student("王五",97);
    new Student("赵六",92);
}

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?

java 复制代码

Arrays.sort(students);
System.out.println(Arrays.toString(students));

// 运行出错, 抛出异常.
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

java 复制代码

class Student implements Comparable{
    private String name;
    private int score;

    public Student(String name, int score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return "[" + this.name + ":" + this.score + "]";
    }

    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        Student s = (Student)o;
        if (this.score > s.score) {
            return -1;
        } else if (this.score < s.score) {
            return 1;
        } else {
            return 0;
        }
    }
}

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.

java 复制代码

// 执行结果
[[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)

java 复制代码

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

再次执行代码

java 复制代码

sort(students);
System.out.println(Arrays.toString(students));

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