Javaの一篇带你吃透接口


1. 🤖 前情提要

随着接口的到来,JavaSE的学习笔记大结局也即将来临,最近的几篇博客写到了封装,继承,多态,抽象类等等,都循序渐进得介绍了这类的知识,大家如果接口这一块理解的很困难的话,建议去完善一下前面的知识哦
👉Java封装
👉静态成员
👉代码块
👉内部类
👉继承
👉多态
👉抽象类

码字不易,本篇博客干货较多,建议收藏食用哦
那么我们就正式进入对接口的介绍

2. 🍚 接口

一图流
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2.1 🍟 接口的概念以及一些知识点汇总

接口(英文:Interface),在JAVA编程语言中是一个抽象类型,是抽象方法的集合,接口通常以interface来声明。一个类通过继承接口的方式,从而来继承接口的抽象方法。
接口并不是类,编写接口的方式和类很相似,但是它们属于不同的概念。类描述对象的属性和方法。接口则包含类要实现的方法
除非实现接口的类是抽象类,否则该类要定义接口中的所有方法
接口无法被实例化,但是可以被实现。一个实现接口的类,必须实现接口内所描述的所有方法,否则就必须声明为抽象类。另外,在 Java 中,接口类型可用来声明一个变量,他们可以成为一个空指针,或是被绑定在一个以此接口实现的对象。

2.1.1 🍣 接口与类的相同处

  • 一个接口中可以有多个
  • 接口文件保存在.Java结尾的文件中,文件名使用接口名
  • 接口的字节码文件保存在.class结尾的文件中
  • 接口相应的字节码文件必须在与包名称相匹配的目录结构中

2.1.2 🍜 接口与类的不同处

  • 接口不能用于实例化对象
  • 接口没有构造方法
  • 接口中所有的方法必须是抽象方法,在Java8之后接口中可以使用default关键字修饰的非抽象方法
  • 接口不能包含成员变量,除了static和final变量
  • 接口被类继承这个概念不准确,准确来说应该是要被类实现
  • 接口可以实现我们所说的多继承

2.1.3 🍔 接口的一些特点

  • 接口中每一个方法也是隐式抽象的,所以接口中的方法会被隐式得指定为public abstract (只可以是public abstract,其他修饰符都会报错)
  • 接口中含有变量,但是接口中得变量会被隐式的指定为public static final 变量(并且只能是public,用private修饰会报编译错误)
  • 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接口中的方法

2.1.4 🍛 抽象类和接口的区别

在JDK1.8以前,它们有如下区别👇

  • 抽象类中的方法可以有具体可执行的语句,即方法体,就是能实现方法的具体功能,但是接口中的方法就不行(比如:System.out.println(“I’m super corn!!”);
  • 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
  • 接口中不能含有静态代码块以及静态方法的使用(用static修饰的方法),而抽象类可以有静态代码块和静态方法
  • 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

那么这里要注意的是:
JDK1.8以后,接口中允许含有静态方法和方法体,允许包含具体实现的方法,该方法我们称之为“默认方法”,这种方法使用default关键字来修饰
JDK1.9以后,允许将方法定义为private,使某些复用的代码不会将方法暴露出去
抽象类存在的意义是为了让编译器更好地校验,一般抽象类我们不会直接使用,而是使用它的子类,如果不小心通过抽象类创建了对象,编译器就会及时提醒我们。

注意🍙:以上内容大致浏览一遍即可,看不懂没关系,下面我将为你一一讲解,然后回头再来看这些知识点将会有一种大梦初醒的感觉


那么在现实生活中,接口是什么呢?它可以是笔记本上的USB口,电源插座等
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image.png
那么这些接口在实现意义上以及使用标准上也有所不同

  • 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

通过上述的例子我们就可以看出: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

2.2 🍱 语法规则

接口的定义格式与定义类的格式基本上相同,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:在接口中上述的写法都是抽象方法,所以method4这样写代码更整洁
}

提示🍙 :

  1. 创建接口时,接口的命名一般以大写字母I(读ai)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,保持代码的整洁性

2.3 🍕 接口的使用

接口不能直接实例化使用,必须要有一个类去实现它,实现接口中所有的抽象方法

public class 类名称 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。

笔记本电脑中使用USB鼠标,USB键盘的类和接口实现功能

  1. USB接口:包含打开设备、关闭设备的功能
  2. 笔记本类:包含开关机功能、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();
    }
}

输出:👇
image.png

2.3.1 👻 instanceof

上面的代码示例中,提到了instanceof,可能有小伙伴不太理解,我在前面的博客中有介绍,这里再重新为大家讲解一下
instanceof是Java的一个保留关键字,左边为对象,右边为类,返回类型是Boolean类型。
它的具体作用是测试左边的对象是否是右边类或者右边类的子类创建的实例化对象
如果是,则返回true,否则返回false
【instanceof使用注意事项】
现有继承关系,再有instanceof的使用(包括接口的实现)

【instanceof应用场景】
需要用到对象的强制类型转换时,需要使用instanceof进行判断

2.4 🌭接口的特性

  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();
    }
}

//编译会出错:USB是抽象的,无法实例化

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  1. 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地指定为public abstract(只能是public abstract,其他修饰符都会报错)
public interface USB { 
     
    //编译出错:此处不允许使用修饰符private
    //或者是java: 缺少方法主体, 或声明抽象
    private void openDevice();
    void closeDevice();
    //不同JDK版本编译器的标准是不一样的,报错也是不一样的
}
  1. 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:因为接口中的方法默认为抽象方法
    //Error:接口抽象方法不能带有主体
}

image.png
但这里如果我们加上一个default,那么就可以实现方法体了。
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  1. 重写接口中的方法时,不能使用default作为访问权限修饰
public interface USB { 
     
void openDevice();//默认为public
void closeDevice();//默认为public
}
public class Mouse implements USB { 
     
    @Override
    void openDevice(){ 
     
        System.out.println("打开鼠标");
    }
    
    //...
}
//这里编译会报错,重写USB中的openDevice方法时,不能使用默认修饰符

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实现这个接口,重写这个接口的方法的访问限定修饰符范围要比接口中的更大

  1. 接口中可以含有变量,但是接口中的变量会被编译器自动隐式指定为public static final变量
public interface USB { 
     
    double brand = 3.0;//默认为: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,说明变量时静态的
        
        //下面写法会报错 Java:无法为最终变量brand分配值
        USB.brand = 2.0;
        //说明brand具有final属性
    }
}

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  1. 接口中不能有静态代码块和构造方法
public interface USB { 
     
    public USB(){ 
     
    
    }//编译失败
    
    { 
     
    
    }//编译失败
    
    void openDevice();
    void closeDevice();
}

image.png

  1. 接口虽然不是类,但是接口编译完成之后的字节码文件的后缀格式也是.class
  2. 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
  3. JDK8中规定了接口中可以包含上面所说的default方法

2.5 🍤 实现多个接口

在Java中,类和类之间是单继承的,一个类只能由一个父类,即Java中不支持多继承,但是一个类可以实现多个接口。下面用代码来演示

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

然后我们再写一组接口,分别来表示“会飞的”“会跑的”“会游泳的”.

public interface IFlying { 
     
    void fly();
}

public interface IRunning { 
     
    void run();
}

public interface ISwimming { 
     
    void swim();
}

image.png
那么接下来我们创建几个具体的动物类来接受并实现这些接口
比如,猫会跑👇

public class Cat extends Animal implements IRunning{ 
     
    public Cat(String name) { 
     
        super(name);
    }
    
    @Override
    public void run() { 
     
        System.out.println("小猫"+this.name+"正在跑");
    }
}

鱼会游泳👇

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

而青蛙即会跑又会游泳

public class Frog extends Animal implements IRunning,ISwimming{ 
     
    public Frog(String name){ 
     
        super(name);
    }
    
    @Override
    public void run() { 
     
        System.out.println("青蛙"+this.name+"正在跑");
    }

    @Override
    public void swim() { 
     
        System.out.println("青蛙"+this.name+"正在游泳");
    }
}

🍙 注意:一个类实现多个接口的时候,每个接口中的抽象方法都要去实现,除非类用abstract修饰,为抽象类

提示👉IDEA中使用ctrl + i 可以快速实现接口

还有一种动物水陆空三栖,它是大白鹅

public class Goose extends Animal implements IRunning,ISwimming,IFlying{ 
     
    public Goose(String name) { 
     
        super(name);
    }

    @Override
    public void fly() { 
     
        System.out.println(this.name+"正在飞");
    }

    @Override
    public void run() { 
     
        System.out.println(this.name+"正在跑");
    }

    @Override
    public void swim() { 
     
        System.out.println(this.name+"正在漂在水上");
    }
}

这段代码展现了Java面向对象编程中最常见的用法:一个类继承了一个父类,然后同时实现多个接口
继承表达的含义是is-a,而接口表达的含义是具有xxx的特性

猫是一种动物,具有会跑的特性
青蛙是一种动物,即能跑也能有用
大白鹅也是一种动物,技能跑,也能游,还能飞

有了接口之后,类的使用者就不需要去关注具体的类的属性是否符合,而只需要关心某个类是否具有某个特性/功能,如果有,就可以实现对应的接口
那么我们现在实现一个走路的方法

public class TestDemo1 { 
     
    public static void walk(IRunning iRunning){ 
     
        System.out.println("我带着小伙伴去散步");
        iRunning.run();
    }

    public static void main(String[] args) { 
     
        Cat cat = new Cat("小猫");
        walk(cat);
        
        Frog frog = new Frog("小青蛙");
        walk(frog);
    }
}

输出结果👇
image.png
只要是会跑的,带有跑这个属性特征的,都可以接受相应的对象

public 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");
    }

    public static void main(String[] args) { 
     
        Robot robot = new Robot("机器人");
        walk(robot);
    }
}

image.png
image.png
故输出结果为👇
image.png

2.6 🧋 接口之间的继承

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。这里使用extends关键字

interface IRunning { 
     
    void run();
}

interface ISwimming { 
     
    void swim();
}

//两栖的动物,即能跑,也能游泳
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”。
创建的Frog类就实现了这个两栖的接口

接口之间的继承就相当于把多个接口合并到了一起

2.7 🥘 接口使用的例子

我们在之前的数组中讲解过给数组排序,那么我们该如何给对象数组排序呢?
首先我们定义一个Student的类,然后重写一下String方法

public 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 "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", score=" + score +
                '}';
    }
}

我们再给定一个学生对象数组,根据这个对象数组中的元素进行排序
这里我们按照分数降序排序

public 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 "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", score=" + score +
                '}';
    }

    public static void main(String[] args) { 
     
        Student[] students = new Student[]{ 
     
                new Student("A",95),
                new Student("B",96), 
                new Student("C",97),
                new Student("D",98),
        };
    }
}

那么按照我们之前的理解,数组中有一个可以供我们使用的sort方法,我们能否直接使用呢?

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

//运行结果:
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: class ClassArray.Student cannot be cast to class java.lang.Comparable (ClassArray.Student is in unnamed module of loader 'app'; java.lang.Comparable is in module java.base of loader 'bootstrap')
	at java.base/java.util.ComparableTimSort.countRunAndMakeAscending(ComparableTimSort.java:320)
	at java.base/java.util.ComparableTimSort.sort(ComparableTimSort.java:188)
	at java.base/java.util.Arrays.sort(Arrays.java:1041)
	at ClassArray.Student.main(Student.java:36)

image.png
我们可以看到这里程序报错了,这里的意思是Student并没有实现Comparable的接口
那么这里的sort是进行普通数字的比较,大小关系明确,而我们指定的是两个学生对象的引用变量,这样的大小关系的指定是错误的,我们需要额外去人为规定对象中的比较元素
那么怎么实现呢?

我们可以用Student类实现Comparable接口,并实现其中的compareTo方法

public class Student implements Comparable<Student>{ 
     
    private String name;
    private int score;

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

    @Override
    public String toString() { 
     
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", score=" + score +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Student o) { 
     
        if (this.score>o.score){ 
     
            return -1;
// 如果当前对象应排在参数对象之前,则返回小于0的数字
        } else if(this.score<o.score){ 
     
            return 1;
// 如果当前对象应排在参数对象之后,则返回大于0的数字
        } else{ 
     
            return 0;
// 如果当前对象和参数对象不分先后,则返回0 
        }
        
    }
}

那么我们在这里重写了compareTo的方法,自己定义了比较的规则,我们就自己再去写一个sort的方法,去调用这个compareTo方法,真正意义上实现对 对象数组的排序
我们使用冒泡排序法

    public static void sort(Comparable[] array){ 
     
// 这里要注意,虽然接口不能实例化对象,
// 但是接口类型的引用变量可以指向它的实现类对象
// 这里的实现类对象就是实现了这个接口的对象
// 例如Comparable[] comparable = new Student[3];
// 所以这里的参数就可以用Comparable[] array来接收
        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){ 
     
                    //这里就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;
                }
            }
    }
}

sort方法写好了,我们写一个main函数来测试一下

    public static void main(String[] args) { 
     
        Student[] students = new Student[]{ 
     
                new Student("A",95),
                new Student("B",91),
                new Student("C",97),
                new Student("D",95),
        };
        System.out.println("sort前:"+Arrays.toString(students));
        sort(students);
        System.out.println("sort后:"+Arrays.toString(students));
    }

运行结果👇

E:\develop\Java\jdk-11\bin\java.exe "-javaagent:E:\IDEA\IntelliJ IDEA Community Edition 2021.3.2\lib\idea_rt.jar=65257:E:\IDEA\IntelliJ IDEA Community Edition 2021.3.2\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath E:\JAVAcode\gyljava\Interface\out\production\Interface ClassArray.Student
sort前:[Student{ 
     name='A', score=95}, Student{ 
     name='B', score=91}, Student{ 
     name='C', score=97}, Student{ 
     name='D', score=95}]
sort后:[Student{ 
     name='C', score=97}, Student{ 
     name='A', score=95}, Student{ 
     name='D', score=95}, Student{ 
     name='B', score=91}]

那么我们如果想要按照名字排序呢?也是可以的

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
/** * Created with IntelliJ IDEA. * Description: Hello,I would appreciate your comments~ * User:Gremmie * Date: -04-13 * Destination:利用Comparable的接口实现对 对象数组 选择性排序的功能 */
class Student implements Comparable<Student>{ 
     
    public String name;
    public int age;

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

    @Override
    public String toString() { 
     
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Student o) { 
     
        return this.name.compareTo(o.name);
    }
}

class AgeComparator implements Comparator<Student> { 
     
    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) { 
     
        return o1.age-o2.age;
    }
}

class NameComparator implements Comparator<Student> { 
     

    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) { 
     
        return o1.name.compareTo(o2.name);
    }
}

public class TestDemo { 
     

    public static void main(String[] args) { 
     
        Student[] students = new Student[3];
        students[0] = new Student("zhangsan",19);
        students[1] = new Student("lisi",8);
        students[2] = new Student("abc",78);
        AgeComparator ageComparator = new AgeComparator();
        NameComparator nameComparator = new NameComparator();
        
        
        //这里的方法sort是Array里面自带的,非常方便,
        //只需将我们写好的比较器传过去就好了
        System.out.println("排序前:"+Arrays.toString(students));
        Arrays.sort(students,nameComparator);
        System.out.println("排序后:"+Arrays.toString(students));
        Comparable<Student>[] studentComparable =students;
    }

    public static void main2(String[] args) { 
     
        /*Student students1 = new Student("zhangsan",19); Student students2 = new Student("abc",78); if(students2.compareTo(students1) > 0) { System.out.println("fafaa"); }*/


    }
    public static void main1(String[] args) { 
     
        Student[] students = new Student[3];
        students[0] = new Student("zhangsan",19);
        students[1] = new Student("lisi",8);
        students[2] = new Student("abc",78);
        System.out.println("排序前:"+Arrays.toString(students));
        Arrays.sort(students);
        System.out.println("排序后:"+Arrays.toString(students));
    }
}

2.8 🤯 Clonable接口以及深拷贝

其作用如其名,是用来进行克隆的,Clonable是个很有用的接口。
Object类中存在一个clone方法,调用这个方法可以创建出一个对象,实现“拷贝”。
但是我们想要合法调用clone方法,就要先实现Clonable接口,
否则就会抛出CloneNotSupportedException异常

/** * Created with IntelliJ IDEA. * Description: Hello,I would appreciate your comments~ * User:Gremmie * Date: -04-13 * Destination:利用Clonable的接口实现clone方法,克隆含对象的对象 */
class Money implements Cloneable{ 
     
    public double money = 19.9;

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 
     
        return super.clone();
    }
}
class Person implements Cloneable{ 
     
    public int id = 1234;
    public Money m = new Money();

    @Override
    public String toString() { 
     
        return "Person{" +
                "id='" + id + '\'' +
                '}';
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { 
     
        Person tmp = (Person) super.clone();
        tmp.m = (Money) this.m.clone();
        return tmp;
        //return super.clone();
    }

}
public class TestDemo { 
     

    public static void main(String[] args) { 
     
        Object o = new Person();

        Object o2 = new Money();


    }

    public static void main1(String[] args) throws CloneNotSupportedException { 
     
        Person person1 = new Person();
        Person person2 = (Person)person1.clone();
        System.out.println(person1.m.money);
        System.out.println(person2.m.money);
        System.out.println("=========================");
        person2.m.money = 99.99;
        System.out.println(person1.m.money);
        System.out.println(person2.m.money);
    }
}

我们如果只是通过clone,那么就只是拷贝了Person的对象,但是Person中的money对象我们并没有拷贝下来,只是单纯拷贝下来一个地址,那么我们在这里就要进行深拷贝,讲Money类也接受Clonable接口,这样在调用clone方法的时候,money也会进行克隆

接口就到这里了,如果文章中哪里还不够完善请各位大佬在评论区指出😊
希望能帮到你
感谢阅读~

正文到此结束
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