Java_多态&抽象类&接口

1. 多态

即同一方法可以根据发送对象的不同而采用多种不同的行为方式。

一个对象的实际类型是确定的，但可以指向对象的引用类型有很多。

1.1 多态的概述

什么是多态：

同一个对象，在不同时刻表现出来的不同形态

举例：猫

　　我们可以说猫是猫：猫 cat = new 猫();

　　我们也可以说猫是动物：动物 animal = new 猫();

　　这里猫在不同的时刻表现出来了不同的形态，这就是多态

多态的前提：

　　要有继承或实现关系

　　要有方法的重写

　　要有父类引用指向子类对象

public class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("动物吃东西");
    }
}

//有继承关系
public class Cat extends Animal{
    //有方法的重写
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫吃鱼");
    }
}

public class AnimalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //有父类引用指向子类对象
        Animal a = new Cat();
    }
}

1.2 多态中的成员访问特点

成员变量：

　　编译看父类，运行看父类

成员方法：

　　编译看父类，运行看子类

public class Animal {
    public int age = 40;

    public void eat() {
        System.out.println("动物吃东西");
    }
}

public class Cat extends Animal {
    public int age = 20;
    public int weight = 10;

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫吃鱼");
    }

    public void playGame() {
        System.out.println("猫捉迷藏");
    }
}

public class AnimalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //有父类引用指向子类对象
        Animal a = new Cat();

        System.out.println(a.age); //40  （成员变量：编译看父类，执行看父类）
//        System.out.println(a.weight); 报错（成员变量：编译看父类，执行看父类）

        a.eat(); //猫吃鱼  （成员方法：编译看父类，执行看子类）
//        a.playGame(); 报错（成员方法：编译看父类，执行看子类）
    }
}

为什么成员变量和成员方法的访问不一样呢？

　　因为成员方法有重写，而成员变量没有

1.3 多态的好处和弊端

好处：

　　提高程序的扩展性。定义方法时候，使用父类型作为参数；在使用的时候，使用具体的子类型参与操作

弊端：

　　不能使用子类的特有成员

public class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("动物吃东西");
    }
}

public class Cat extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫吃鱼");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("狗吃骨头");
    }

    public void lookDoor() {
        System.out.println("狗看门");
    }
}

public class Pig extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猪吃白菜");
    }
}

/*
    动物操作类
 */
public class AnimalOperator {
    /*
    public void useAnimal(Cat c) { //Cat c = new Cat();
        c.eat();
    }

    public void useAnimal(Dog d) { //Dog d = new Dog();
        d.eat();
    }
    */

    public void useAnimal(Animal a) {
        //Animal a = new Cat();
        //Animal a = new Dog();

        a.eat();
//        a.lookDoor(); 错误：不能使用子类的特有成员
    }
}

/*
    测试类
 */
public class AnimalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建动物操作类的对象，调用方法
        AnimalOperator ao = new AnimalOperator();
        Cat c = new Cat();
        ao.useAnimal(c);

        Dog d = new Dog();
        ao.useAnimal(d);

        Pig p = new Pig();
        ao.useAnimal(p);
    }
}

1.4 多态中的转型

向上转型：

　　父类引用指向子类对象就是向上转型

向下转型：

　　格式：子类型 对象名 = (子类型)父类引用;

public class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("动物吃东西");
    }
}

public class Cat extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫吃鱼");
    }

    public void playGame() {
        System.out.println("猫捉迷藏");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("狗吃骨头");
    }

    public void lookDoor() {
        System.out.println("狗看门");
    }
}

public class AnimalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //向上转型
        Animal a = new Cat(); //父类引用指向子类对象
        a.eat();
//        a.playGame(); 错误（编译看父类）

        /*
        //创建Cat类的对象
        Cat c = new Cat(); //内存中有两个Cat类的对象，为了使用playGame方法造两个对象，没必要
        c.eat();
        c.playGame();
        */

        //向下转型
        Cat c = (Cat) a; ////格式：子类型 对象名 = (子类型)父类引用;
        c.eat();
        c.playGame();

        //向上转型
        a = new Dog();
        a.eat();

        //向下转型
        //ClassCastException：类型转换异常
        Cat cc = (Cat) a; //此时内存中a是Dog，狗不能强转为猫
        cc.eat();
        cc.playGame();
    }
}

1.5 多态的案例

需求：请采用多态的思想实现猫和狗的案例，并在测试类中进行测试

思路：

1. 定义动物类(Animal)

　　成员变量：姓名，年龄

　　构造方法：无参，带参

　　成员方法：get/set方法，吃饭()

2. 定义猫类(Cat)，继承动物类

　　构造方法：无参，带参

　　成员方法：重写吃饭()

3. 定义狗类(Dog)，继承动物类

　　构造方法：无参，带参

　　成员方法：重写吃饭()

4. 定义测试类(AnimalDemo)，写代码测试

public class Animal {
    private String name;
    private int age;

    public Animal() {
    }

    public Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public void eat() {
        System.out.println("动物吃东西");
    }
}

public class Cat extends Animal {
    public Cat() {
    }

    public Cat(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫吃鱼");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    public Dog() {
    }

    public Dog(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("狗吃骨头");
    }
}

public class AnimalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建猫类对象进行测试
        Animal a = new Cat();
        a.setName("Tom");
        a.setAge(2);
        System.out.println(a.getName() + "," + a.getAge());
        a.eat();

        a = new Cat("Tom", 5);
        System.out.println(a.getName() + "," + a.getAge());
        a.eat();

        //创建狗类对象进行测试
        Animal a1 = new Dog();
        a1.setName("Wang");
        a1.setAge(3);
        System.out.println(a1.getName() + "," + a1.getAge());
        a1.eat();

        a1 = new Dog("Wang", 3);
        System.out.println(a1.getName() + "," + a1.getAge());
        a1.eat();
    }
}

 

2. 抽象类 

2.1 抽象类的概述

　　当我们在做子类共性功能抽取时，有些方法在父类中并没有具体的体现，这个时候就需要抽象类了！

　　在Java中，一个没有方法体的方法应该定义为抽象方法，而类中如果有抽象方法，该类必须定义为抽象类！ 

2.2 抽象类的特点

抽象类和抽象方法必须使用 abstract 关键字修饰

//抽象类的定义
public abstract class 类名 {}

//抽象方法的定义
public abstract void 方法名();

抽象类中不一定有抽象方法，有抽象方法的类一定是抽象类

抽象类不能直接实例化

　　抽象类如何实例化：参照多态的方式，通过子类对象实例化，这叫抽象类多态

抽象类的子类

　　要么重写抽象类中的所有抽象方法

　　要么是抽象类

/*
    抽象类
 */
//抽象类中不一定有抽象方法，有抽象方法的类一定是抽象类
public abstract class Animal {
    //抽象方法
    public abstract void eat();

    public void sleep() {
        System.out.println("睡觉");
    }
}

public class Cat extends Animal {
    //重写抽象类中的所有抽象方法
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫吃鱼");
    }
}

//是抽象类
public abstract class Dog extends Animal {
}

/*
    测试类
 */
public class AnimalDemo {
    public static void main(String[] args) {
//        Animal a = new Animal(); 抽象类不能直接实例化
        //抽象类如何实例化：参照多态的方式，通过子类对象实例化，这叫抽象类多态
        Animal a = new Cat();
        a.eat();
        a.sleep();
    }
}

2.3 抽象类的成员特点

成员变量：

　　既可以是变量；也可以是常量

构造方法：

　　空参构造；有参构造

　　（构造方法不能实例化，作用：用于子类访问父类数据的初始化）

成员方法：

　　抽象方法（限制子类必须完成某些动作：即子类要么重写父类中的抽象方法；要么子类也为抽象类）

　　普通方法（提高代码的复用性）

/*
    抽象类
 */
public abstract class Animal {
    private int age = 20;
    private final String city = "北京";

    public Animal() {
    }

    public Animal(int age) {
        this.age = age;
    }

    public void show() {
        age = 40;
        System.out.println(age);
//        city = "上海"; 错误，city被final修饰，为常量，不可再赋值
        System.out.println(city);
    }

    //父类中的抽象方法限制子类必须完成某些动作
    //即子类要么重写父类中的抽象方法
    //要么子类也为抽象类
    public abstract void eat();
}

public class Cat extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫吃鱼");
    }
}

public class AnimalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Animal a = new Cat();
        a.eat();
        a.show();
    }
}

2.4 抽象类的案例

案例需求：

请采用抽象类的思想实现猫和狗的案例，并在测试类中进行测试

思路：

定义动物类(Animal)

　　成员变量：姓名，年龄

　　构造方法：无参，带参

　　成员方法：get/set方法，吃饭();

定义猫类(Cat)，继承动物类

　　构造方法：无参，带参

　　成员方法：重写吃饭(){…}

定义狗类(Dog)，继承动物类

　　构造方法：无参，带参

　　成员方法：重写吃饭(){…}

定义测试类(AnimalDemo)，写代码测试

代码实现：

public abstract class Animal {
    private String name;
    private int age;

    public Animal() {
    }

    public Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public abstract void eat();
}

public class Cat extends Animal {
    public Cat() {
    }

    public Cat(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫吃鱼");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    public Dog() {
    }

    public Dog(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("狗吃骨头");
    }
}

public class AnimalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建对象，按照多态的方式
        Animal a = new Cat();
        a.setName("Tom");
        a.setAge(2);
        System.out.println(a.getName() + "," + a.getAge());
        a.eat();

        a = new Cat("Tom", 2);
        System.out.println(a.getName() + "," + a.getAge());
        a.eat();

        Animal a2 = new Dog();
        a2.setName("Wang");
        a2.setAge(3);
        System.out.println(a2.getName() + "," + a2.getAge());
        a2.eat();

        a2 = new Dog("Wang", 3);
        System.out.println(a2.getName() + "," + a2.getAge());
        a2.eat();
    }
}

 

3. 接口

3.1 接口的概述

接口就是一种公共的规范标准，只要符合规范标准，大家都可以通用。

Java中的接口更多的体现在对行为的抽象！

3.2 接口的特点

接口用关键字 interface 修饰

public interface 接口名 {}

类实现接口用 implements 表示

public class 类名 implements 接口名 {}

接口不能直接实例化

接口如何实例化：参照多态的方式，通过实现类对象实例化，这叫接口多态。

多态的形式：具体类多态，抽象类多态，接口多态。

接口的子类：

　　要么重写接口中的所有抽象方法

　　要么子类也是抽象类

public class JumppingDemo {
    public static void main(String[] args) {
//        Jumpping j = new Jumpping(); 接口不能直接实例化

        //接口如何实例化：参照多态的方式，通过实现类对象实例化，这叫接口多态。
        Jumpping j = new Cat();
        j.jump();
    }
}

/*
    定义了一个接口
 */
//接口用关键字 interface 修饰
public interface Jumpping {
    public abstract void jump();
}

//类实现接口用 implements 表示
public class Cat implements Jumpping {
    //要么重写接口中的所有抽象方法
    @Override
    public void jump() {
        System.out.println("猫可以跳高了");
    }
}

//要么子类也是抽象类
public abstract class Dog implements Jumpping {
}

3.3 接口的成员特点

成员变量

　　只能是常量，默认修饰符：public static final (接口中的成员变量默认被final修饰)

构造方法

　　没有，因为接口主要是扩展功能的（对行为进行抽象），而没有具体存在

　　一个类如果没有父类，默认继承自 Object 类

成员方法

　　只能是抽象方法

　　默认修饰符：public abstract

　　关于接口中的方法，JDK8和JDK9中有一些新特性，后面再讲解

public interface Inter {
    public int num = 10;
    public final int num2 = 20;

    //    public static final int num3 = 30; //等价于int num3 = 30;
    int num3 = 30;

//    public Inter() {} 错误，接口没有构造方法

    public abstract void method(); //接口中的成员方法只能是抽象方法

    void show(); //接口中的方法默认带有修饰符：public abstract
}

//public class InterImpl implements Inter {  等价于
public class InterImpl extends Object implements Inter {
    public InterImpl() {
        super(); //用的是Object类里面的构造方法
    }

    @Override
    public void method() {
        System.out.println("method");
    }

    @Override
    public void show() {
        System.out.println("show");
    }
}

public class InterfaceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Inter i = new InterImpl();
//        i.num = 20; 错误，接口中的成员变量默认被final修饰
        System.out.println(i.num);
//        i.num2 = 40; 错误，num2被final修饰，为常量，不可重新赋值
        System.out.println(i.num2);

        System.out.println(Inter.num); //可以通过接口名直接访问，说明num默认被静态修饰
        System.out.println(Inter.num3);
    }
}

3.4 接口的案例

案例需求：

对猫和狗进行训练，他们就可以跳高了，这里加入跳高功能。

请采用抽象类和接口来实现猫狗案例，并在测试类中进行测试。

思路：

定义接口(Jumpping)

　　成员方法：跳高();

定义抽象动物类(Animal)

　　成员变量：姓名，年龄；构造方法：无参，带参；成员方法：get/set方法，吃饭();

定义具体猫类(Cat)，继承动物类，实现跳高接口

　　构造方法：无参，带参；成员方法：重写吃饭(){…}，重写跳高方法(){…}

定义狗类(Dog) ，继承动物类，实现跳高接口

　　构造方法：无参，带参；成员方法：成员方法：重写吃饭(){…}，重写跳高方法(){…}

定义测试类(AnimalDemo)，写代码测试

public interface Jumping {
    public abstract void jump();
}

public abstract class Animal {
    private String name;
    private int age;

    public Animal() {
    }

    public Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public abstract void eat();
}

public class Cat extends Animal implements Jumping {
    public Cat() {
    }

    public Cat(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("猫吃鱼");
    }

    @Override
    public void jump() {
        System.out.println("猫跳高了");
    }
}

狗类同理，所以省略

public class AnimalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建对象，调用方法
        Jumping j = new Cat();
        j.jump();
        System.out.println("------");

        Animal a = new Cat();
        a.setName("Tom");
        a.setAge(2);
        System.out.println(a.getName() + "," + a.getAge());
        a.eat();
//        a.jump; 错误，因为Animal类中无jump方法，除非强转：((Cat) a).jump();

        a = new Cat("Tom", 2);
        System.out.println(a.getName() + "," + a.getAge());
        a.eat();
        System.out.println("------");

        Cat c = new Cat(); //Cat类继承类Animal类，并且实现了Jumping接口，所以方法最多
        c.setName("加菲");
        c.setAge(3);
        System.out.println(c.getName() + "," + c.getAge());
        c.eat();
        c.jump();
    }
}

3.5 类和接口的关系

类与类的关系：

　　继承关系，只能单继承，但是可以多层继承

类与接口的关系：

　　实现关系，可以单实现，也可以多实现，还可以在继承一个类的同时实现多个接口

接口与接口的关系：

　　继承关系，可以单继承，也可以多继承

public interface Inter1{
}

//接口与接口的关系
//继承关系，可以单继承，也可以多继承。下面是单继承
public interface Inter2 extends Inter1 {
}

//接口与接口的关系
//继承关系，可以单继承，也可以多继承。下面是多继承
public interface Inter3 extends Inter1, Inter2 {
}

//类与接口的关系
//实现关系，可以单实现，也可以多实现，还可以在继承一个类的同时实现多个接口
//下面是继承一个类的同时实现多个接口
public class InterImpl extends Object implements Inter1, Inter2, Inter3 {
}

3.6 抽象类和接口的区别

成员区别：

　　抽象类：变量,常量；有构造方法；有抽象方法,也有非抽象方法

　　接口：常量；抽象方法

关系区别：

　　类与类：继承，单继承

　　类与接口：实现，可以单实现，也可以多实现

　　接口与接口：继承，单继承，多继承

设计理念区别：

　　抽象类：对类抽象，包括属性、行为

　　接口：对行为抽象，主要是行为

门和警报的例子：

门：都有open()和close()两个动作，这个时候，我们可以分别使用抽象类和接口来定义这个抽象概念

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

//接口
public interface Door {
    void open();
    void close();
}

之后，门有了警报功能：

//抽象类
public abstract class Door {
    public abstract void open();
    public abstract void close();
    public abstract void alarm();
}

继承这个抽象类的子类都会具有警报功能，但有的门不具备有警报功能，所以将open、close、alarm都放到一个抽象类中不好。

//接口
public interface Door {
    void open();
    void close();
    void alarm();
}

需要用到警报功能的类就可以实现这个接口，但是open和close一并实现了，也许这个类并不具备open和close功能，所以这样做也不好。

可以这么做：

public interface Alarm {
    void alarm();
}

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

public class AlarmDoor extends Door implements Alarm {
    public void open() {
        //...
    }
    public void close() {
        //...
    }
    public void alarm() {
        //...
    }
}

 

4. 综合案例

案例需求：

　　我们现在有乒乓球运动员和篮球运动员，乒乓球教练和篮球教练。为了出国交流，跟乒乓球相关的人员都需要学习英语。

　　请用所学知识分析，这个案例中有哪些具体类，哪些抽象类，哪些接口，并用代码实现。

分析：从具体到抽象

　　乒乓球运动员 & 篮球运动员（具体）—— 运动员（抽象）

　　乒乓球教练 & 篮球教练（具体） —— 教练（抽象）

　　运动员 & 教练 —— 人（抽象）

　　乒乓球运动员 & 乒乓球教练 —— 学习英语（接口）

实现：从抽象到具体

使用：使用的是具体的类的对象

 

定义说英语接口：

public interface SpeakEnglish {
    public abstract void speak();
}

定义抽象人类：

//抽象人类
public abstract class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person() {
    }

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public abstract void eat();
}

定义抽象教练类，继承人类：

//抽象教练类
public abstract class Coach extends Person{
    public Coach() {
    }

    public Coach(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    public abstract void teach();
}

定义抽象运动员类，继承人类：

//抽象运动员类
public abstract class Player extends Person {
    public Player() {
    }

    public Player(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    public abstract void study();
}

定义具体篮球教练类，继承教练类：

public class BasketballCoach extends Coach {
    public BasketballCoach() {
    }

    public BasketballCoach(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("篮球教练教如何运球和投篮");
    }

    @Override
    public void teach() {
        System.out.println("篮球教练吃饭");
    }
}

定义具体乒乓球教练类，继承教练类，实现说英语接口：

public class PingPangCoach extends Coach implements SpeakEnglish {
    public PingPangCoach() {
    }

    public PingPangCoach(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("乒乓球教练吃饭");
    }

    @Override
    public void teach() {
        System.out.println("乒乓球教练教如何发球和接球");
    }

    @Override
    public void speak() {
        System.out.println("乒乓球教练说英语");
    }
}

定义具体篮球运动员类，继承运动员类：

public class BasketballPlayer extends Player {
    public BasketballPlayer() {
    }

    public BasketballPlayer(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("篮球运动员吃饭");
    }

    @Override
    public void study() {
        System.out.println("篮球运动员学习如何运球和投篮");
    }
}

定义具体乒乓球运动员类，继承运动员类，实现说英语接口：

public class PingPangPlayer extends Player implements SpeakEnglish {
    public PingPangPlayer() {
    }

    public PingPangPlayer(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("乒乓球运动员吃饭");
    }

    @Override
    public void study() {
        System.out.println("乒乓球运动员学习如何发球和接球");
    }

    @Override
    public void speak() {
        System.out.println("乒乓球运动员说英语");
    }
}

定义测试类，写代码测试：

/*
    测试类
 */
public class PersonDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建对象
        PingPangPlayer ppp = new PingPangPlayer();
        ppp.setName("张三");
        ppp.setAge(24);
        System.out.println(ppp.getName() + "," + ppp.getAge());
        ppp.eat();
        ppp.study();
        ppp.speak();
        System.out.println("----------");

        PingPangPlayer ppp2 = new PingPangPlayer("李四",35);
        System.out.println(ppp2.getName() + "," + ppp2.getAge());
        ppp2.eat();
        ppp2.study();
        ppp2.speak();
        System.out.println("**********");

        BasketballPlayer bp = new BasketballPlayer("王五", 26);
        System.out.println(bp.getName() + "," + bp.getAge());
        bp.eat();
        bp.study();
        System.out.println("----------");

        BasketballCoach bc = new BasketballCoach();
        bc.setName("赵六");
        bc.setAge(32);
        System.out.println(bc.getName() + "," + bc.getAge());
        bc.eat();
        bc.teach();
    }
}