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java核心系列9-接口

By Wu Yudong on June 11, 2015

原创文章,转载请注明: 转载自工学1号馆

Java接口是一系列方法的声明,是一些方法特征的集合,一个接口只有方法的特征没有方法的实现,因此这些方法可以在不同的地方被不同的类实现,而这些实现可以具有不同的行为(功能)。

什么是接口?

一个Java接口是一些方法特征的集合,但没有方法的实现。

在类中实现接口可以使用关键字implements,其基本格式如下:

[修饰符] class <类名> [extends 父类名] [implements 接口列表]{
}
修饰符:可选参数,用于指定类的访问权限,可选值为public、abstract和final。

类名:必选参数,用于指定类的名称,类名必须是合法的Java标识符。一般情况下,要求首字母大写。

extends 父类名:可选参数,用于指定要定义的类继承于哪个父类。当使用extends关键字时,父类名为必选参数。

implements 接口列表:可选参数,用于指定该类实现的是哪些接口。当使用implements关键字时,接口列表为必选参数。当接口列表中存在多个接口名时,各个接口名之间使用逗号分隔。

实现主板插槽的接口:

public interface PCI {  //java接口,相当于主板上的PCI插槽的规范
    public void start();
    public void stop();
}

Java接口中定义的方法在不同的地方被实现,可以具有完全不同的行为:

//声卡、网卡都实现了PCI插槽的规范,但行为完全不同 
class SoundCard implements PCI {    
    public void start() {
        System.out.println("SoundCard start...");
    }
    public void stop() {
        System.out.println("Sound stop!");
    }
}
class NetworkCard implements PCI {
    public void start() {
        System.out.println("NetworkCard send...");
    }
    public void stop() {
        System.out.println("Send stop!");
    }
}

可以使用Java接口标识类型。运行时,根据实际创建的对象类型调用相应的方法实现:

public class javatest {
    public static void main(String[] args) {
        PCI nc = new NetworkCard();
        PCI sc = new SoundCard();
        nc.start();
        sc.start();
    }
}

运行结果:

NetworkCard send...
SoundCard start...

为什么需要Java接口?

例子:为学校各中心开发这样一个小系统,包含类型:教员、中心、打印机,具体要求如下:

1、教员、以及中心都具有方法:输出详细信息

2、中心具有属性:打印机,能够通过中心的打印机打印教员或中心的详细信息

3、系统要具备良好的可扩展性与可维护性

先看方案1:

public class Teacher {
    //输出教员的详细信息
    public String detail() {
        return "I am a teacher!";
    }
}
public class Printer {
    public void print(String content) {
          System.out.println("start printing:");              
          System.out.println(content);
    }
}
public class ggSchool {
    private Printer printer = new Printer();
    //输出学校的详细信息
    public String detail() {
        return "this is ggSchool";
    }
    //使用打印机打印教员信息
    public void print(Teacher t){
        printer.print(t.detail());
    }
    //使用打印机打印学院信息
    public void print(ggSchool s){
        printer.print(s.detail());
    }
}

那么,问题来了:

每增加一种新类型,都需要增加相应的print方法,程序的可扩展性及可维护性极差,这不符合系统的要求

先看方案2(使用接口):

教师、中心都存在一个共同的方法特征:detail,它们对detail方法有各自不同的实现——这完全符合Java接口的定义

代码如下:

public interface Introduceable {
    public String detail();
}
public class Teacher implements Introduceable {
    //输出教员的详细信息
    public String detail() {
        return "I am a teacher!";
    }
}
public class ggSchool implements Introduceable {
    private Printer printer = new Printer();
    //输出学校的详细信息
    public String detail() {
        return "this is ggSchool";
    }
    
    public void print(Introduceable intro) {    //使用print方法时,参数可以是任何Introduceable接口的实现类的对象,
                                                //不必再为不同的类型建立不同的print方法了
        printer.print(intro.detail());
    }
}
public class Printer {
    public void print(String content) {
          System.out.println("start printing:");              
          System.out.println(content);
    }
}

通过Java接口,我们同样可以享受到多态性的好处,大大提高了程序的可扩展性及可维护性 

什么是面向接口编程?

开发系统时,主体构架使用接口,接口构成系统的骨架,这样就可以通过更换接口的实现类来更换系统的实现升级上面的系统要求:

打印机有多种类型,比如:黑白打印机、彩色打印机等

学院可能配备其中任意一款打印机,负责打印教员、或者学院的详细信息

系统要具备良好的可扩展性与可维护性

第一步:抽象出Java接口

1、分析:

黑白、彩色打印机都存在一个共同的方法特征:print

黑白、彩色打印机对print方法有各自不同的实现

2、结论:

抽象出Java接口PrinterFace,在其中定义方法print

3、具体实现:

public interface PrinterFace {
       public void print(String content);
}
第二步:实现Java接口

1、分析:

已经抽象出Java接口PrinterFace,并在其中定义了print方法黑白、彩色打印机对print方法有各自不同的实现

2、结论:黑白、彩色打印机都实现PrinterFace接口,各自实现print方法

3、具体实现:

public class ColorPrinter implements PrinterFace {
    public void print(String content) {
        System.out.println("彩色打印:");
        System.out.println(content);
    }
}
public class BlackPrinter implements PrinterFace {
    public void print(String content) {
        System.out.println("黑白打印:");
        System.out.println(content);
    }
}

第三步:使用Java接口

1、分析:主体构架使用接口, 让接口构成系统的骨架

2、结论:更换实现接口的类就可以更换系统的实现

3、具体实现:

public class ggSchool implements Introduceable{
    private PrinterFace printer;  //打印机
    public void setPrinter(PrinterFace p) {
        this.printer = p;
    }
    public String detail() {
        return "this is ggSchool!";
    }
    public void print(Introduceable intro){
        printer.print(intro.detail());
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建学院实例
        ggSchool school=new ggSchool();
        //为该学院配备黑白打印机
        school.setPrinter(new BlackPrinter());
        school.print(school); 
        //为该学院配备彩色打印机
        school.setPrinter(new ColorPrinter());
        school.print(school);
    }
}

抽象类与接口

抽象类的子类必须覆盖所有的抽象方法后才能被实例化,否则这个子类还是个抽象类。

如果一个抽象类中的所有方法都是抽象的,就可以将这个类用另外一种方式来定义,也就是接口定义。

抽象方法只需声明,不需实现。

接口是抽象方法和常量值的定义的集合。

从本质上讲,接口是一种特殊的抽象类。这种抽象类中包含常量和方法的定义,而没有变量和方法的实现。例如

注意:在接口的定义中,所有的成员都是public访问类型的,而不论是否用public关键字修饰;接口里的变量都是用public static final标识的,所以,接口中定义的变量就是全局静态常量。

我们可以定义一个新的接口,用extends关键字去继承一个已有的接口。注意:只能接口继承接口,类不能继承接口。

一个类只能用implements关键字去实现一个接口中的所有方法

一个类可以在继承一个父类的同时,实现一个或多个接口,extends关键字必须位于implements关键字之前,如我们可以这样定义:

class classA {
    //...
}
public interface Interface1{
    //...
}
public interface Interface2{
    //...
}
class classB extends classA implements Interface1 Interface2{
    //...
}

抽象类和接口的区别

1.语法层面上的区别

1)抽象类可以提供成员方法的实现细节,而接口中只能存在public abstract 方法;

2)抽象类中的成员变量可以是各种类型的,而接口中的成员变量只能是public static final类型的;

3)接口中不能含有静态代码块以及静态方法,而抽象类可以有静态代码块和静态方法;

4)一个类只能继承一个抽象类,而一个类却可以实现多个接口。

2.设计层面上的区别

1)抽象类是对一种事物的抽象,即对类抽象,而接口是对行为的抽象。抽象类是对整个类整体进行抽象,包括属性、行为,但是接口却是对类局部(行为)进行抽象。举个简单的例子,飞机和鸟是不同类的事物,但是它们都有一个共性,就是都会飞。那么在设计的时候,可以将飞机设计为一个类Airplane,将鸟设计为一个类Bird,但是不能将 飞行 这个特性也设计为类,因此它只是一个行为特性,并不是对一类事物的抽象描述。此时可以将 飞行 设计为一个接口Fly,包含方法fly( ),然后Airplane和Bird分别根据自己的需要实现Fly这个接口。然后至于有不同种类的飞机,比如战斗机、民用飞机等直接继承Airplane即可,对于鸟也是类似的,不同种类的鸟直接继承Bird类即可。从这里可以看出,继承是一个 "是不是"的关系,而接口实现则是 "有没有"的关系。如果一个类继承了某个抽象类,则子类必定是抽象类的种类,而接口实现则是有没有、具备不具备的关系,比如鸟是否能飞(或者是否具备飞行这个特点),能飞行则可以实现这个接口,不能飞行就不实现这个接口。

2)设计层面不同,抽象类作为很多子类的父类,它是一种模板式设计。而接口是一种行为规范,它是一种辐射式设计。什么是模板式设计?最简单例子,大家都用过ppt里面的模板,如果用模板A设计了ppt B和ppt C,ppt B和ppt C公共的部分就是模板A了,如果它们的公共部分需要改动,则只需要改动模板A就可以了,不需要重新对ppt B和ppt C进行改动。而辐射式设计,比如某个电梯都装了某种报警器,一旦要更新报警器,就必须全部更新。也就是说对于抽象类,如果需要添加新的方法,可以直接在抽象类中添加具体的实现,子类可以不进行变更;而对于接口则不行,如果接口进行了变更,则所有实现这个接口的类都必须进行相应的改动。

下面看一个网上流传最广泛的例子:门和警报的例子:门都有open( )和close( )两个动作,此时我们可以定义通过抽象类和接口来定义这个抽象概念:

abstract class Door {
    public abstract void open();
    public abstract void close();
}

或者:

interface Door {
    public abstract void open();
    public abstract void close();
}

但是现在如果我们需要门具有报警alarm( )的功能,那么该如何实现?下面提供两种思路:

1)将这三个功能都放在抽象类里面,但是这样一来所有继承于这个抽象类的子类都具备了报警功能,但是有的门并不一定具备报警功能;

2)将这三个功能都放在接口里,需要用到报警功能的类就需要实现这个接口中的open( )和close( ),也许这个类根本就不具备open( )和close( )这两个功能,比如火灾报警器。

从这里可以看出, Door的open() 、close()和alarm()根本就属于两个不同范畴内的行为,open()和close()属于门本身固有的行为特性,而alarm()属于延伸的附加行为。因此最好的解决办法是单独将报警设计为一个接口,包含alarm()行为,Door设计为单独的一个抽象类,包含open和close两种行为。再设计一个报警门继承Door类和实现Alarm接口。

interface Alram {
    void alarm();
}
 
abstract class Door {
    void open();
    void close();
}
 
class AlarmDoor extends Door implements Alarm {
    void oepn() {
      //....
    }
    void close() {
      //....
    }
    void alarm() {
      //....
    }
}

抽象类和接口在Java中的应用

例子:假设有若干 (如1000)个Circle,Rectangle以及若干个其他形状,希望计算它们的总面积,直截了当的做法是将它们分别放到多个数组中,分别循环求出各形状的面积,然后累加,这种做法是不漂亮的。如果还有其它形状:triangle,ellipses等,上述方法显得“累赘”。希望有一种统一的表示,例如用一个数组shape[],接受所有的形状,然后用:

 for (i=0; i<shape.length; i++)
        area_total += shape[i].area();

用抽象类实现多种形状面积的累加:

首先看看Circle和Rectangle两个类,如何完成相关参数的计算 :

class Circle {
    public float r; 
    Circle(float r) {
          this.r = r;      
    }
    public float area() {
        return 3.14 * r * r;
    }
}
class Rectangle {
    public float width, height; 
    Rectangle (float w, float h) {
        width = w; 
        height = h;
    }
    public float area() {
        return width * height;
    }
}

现在要利用抽象类实现多种形状面积的累加,确保每种形状分别用不同的方法来计算它们的面积和周长。因此,超类Shape包含抽象方法computeArea,然后在不同的子类中实现和覆盖这个方法,同时添加toString方法来显示几何形状的一些基本属性。现在声明了1000个Shape对象的数组,然后循环1000次随机产生1000个平面图形对象,形状为圆、矩形、正方形三种之一。

abstract class Shape {
    abstract float computeArea();
}
class Circle extends Shape {
    public float r;
    public Circle(float r) {
        this.r = r;
    }
    public float computeArea() {
        return (float)3.14 * r * r;
    }
}
class Rectangle extends Shape {
    public float width, height; 
    Rectangle (float w, float h) {
        width = w; //这里不需"this"
        height = h;
    }
    public float computeArea() {
        return width * height;
    }
}

用接口实现多种形状面积的累加:

用接口的方式实现多种形状面积的累加,需要将用抽象类表示的Shape类改成接口。由于接口的语法定义要求,我们要把原来抽象类中的成员变量去掉,成员方法改成抽象方法computeArea(),该方法返回一个double类型。所以,这个接口定义为:

public interface Shape2 {  
     public abstract double computeArea();
}

接口实现如下:

interface Shape2
{  
    public double computeArea();
}
class Circle2 implements Shape2
{
    protected double radius;
    public Circle2(double _radius) {
        radius = _radius;
    }
    public double computeArea() { 
        return Math.PI * radius * radius; 
    }
}
class Rect2 implements Shape2
{  
    protected double width, height;
    public Rect2(double w, double h) {  
        width = w;
        height = h;
    }
    public double computeArea() {  
         return width * height; 
     }
}

用一个object数组实现多种形状面积的累加:

定义一个数组,它可以同时存储矩形、圆和正方形,每个Java类都是由Object扩展而来的。因此,所有的类都属于Object类型,我们可以创建一个Object类型的数组来存储任何类型的对象,也就可以存储矩形、圆和正方形对象

完整代码如下:

package javatest;
import java.util.*;
import java.io.*;

interface Shape2 {  
    public double computeArea();
}
class Circle2 implements Shape2 {
     protected double radius;
     public Circle2(double _radius) {
         radius = _radius;
     }
     public double computeArea() { 
         return Math.PI * radius * radius; 
     }
}
class Rect2 implements Shape2 {  
    protected double width, height;
    public Rect2(double w, double h) {  
        width = w;
        height = h;
    }
    public double computeArea() {  
         return width * height; 
     }
}
public class javatest {  
    public static void main(String args[ ]) { 
          Shape2 s[] = { new Circle2(4),  new Rect2(4, 4), 
                         new Circle2(10),  new Rect2(20, 2), new Rect2(8, 10)
          };
          double total = 0;
          for(int i = 0; i < s.length; i++)
              total = total + s[i].computeArea();
          System.out.println("totalArea = " + (int)total);
         
   }
}

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