Java——————接口(interface) ＜详解＞

1.1 接口的概念

在现实生活中，接口的例子比比皆是，比如：笔记本电脑上的USB接口，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

通过上述例子可以看出：接口就是公共的行为规范标准，大家在实现时，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。

1.2 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。

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，更推荐方式4，代码更简洁

提示:

1. 创建接口时, 接口的命名一般以大写字母 I 开头.

2. 接口的命名一般使用 "形容词" 词性的单词.

3. 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

1.3 接口的使用

接口不能直接使用，必须有一个"实现类 "来"实现"该接口，实现接口中的所有抽象方法。

public  class 类名称 implements 接口名称{
 // ...
 }

注意：子类和父类之间是继承关系，类与接口之间是implements实现关系。

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

// 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();
    }
 }

1.4 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

 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（只能说public abstract，其他修饰符都会报错）

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在接口中实现的，只能由实现接口的类来实现

 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


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

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

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的抽象的方法，则类必须设置成为抽象类

9. jdk8中: 接口中还可以包含default方法。

1.5 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.

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"。

 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.

class Cat extends Animal implements IRunning {
    public Cat(String name) {
        super(name);
    }
 
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name + "正在用四条腿跑");
    }
 }

鱼, 是会游的

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)

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

注意：一个类实现多个接口时，每个接口的抽象方法都要实现，否则必须设置成抽象类。

提示, 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"

 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

例如，现在实现一个方法，叫"散步"

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

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

 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！

class Robot implements 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

1.6 接口间的继承

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. 使用 extends 关键字。

interface IRunning {
    void run();
 }
 
interface ISwimming {
    void swim();
 }
 
// 两栖的动物, 既能跑, 也能游
interface IAmphibious 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.

1.7 接口使用实例

给对象数组排序

 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(按分数升序).

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?

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

 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, 返回大于0的数字;

如果当前对象应排在参数对象之后, 返回小于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

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

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。