面向对象之多态

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了面向对象之多态相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

接口

接口的概念

接口是功能的集合,是一个比抽象类更加抽象的类,接口也是一种数据类型.

接口里面只描述做么些事情,并没有具体的实现

具体的实现由子类完成,将功能的定义与实现分离

世间万物均有接口


接口的定义

定义类用class,而定义接口则用interface

接口里面只能由常量,必须初始化的时候赋值

接口里面只能有抽象方法

    public interface 接口名{
       // 常量
       public static final 数据类型 常量名 = 值;
       // 抽象方法
       public abstract viod 方法名();
        
    }
    

其中常量上面的 public final 与接口上面 abstract 可以省略不写

    public interface Animal{
        int age = 5;
        public void eat();
    }

  • 1.使用interface代替了原来的class,其余步骤与类相同

  • 2.接口中的方法均为公共访问的方法

  • 3.接口中无法定义普通的成员变量


类实现接口

类与接口的关系为实现关系,实现的动作类似继承,用的关键字不同,实现使用implements

一个类实现一个接口后拥有该接口的所有功能,需要重写该接口里面所有的抽象方法

  • 格式
    class implements 接口{
        重写接口的抽象方法;
    }


接口的多实现

接口最重要的体现:解决多继承的弊端。将多继承这种机制在Java中通过多实现完成了

    interface Fu1{
        void show1();
    }
    
    interface Fu2{
        void show2();
    }
    
    class Zi implements Fu1,Fu2{// 多实现,同时实现多个接口
        public void show1();
        public void show2();
    }

怎么解决多继承的弊端?

弊端:多继承时,当多个父类中有相同的功能时,子类调用会产生不确定性。其实核心原因就是在于多继承父类中功能有主体,而导致调用运行时,不确定运行哪个主体内容。

为什么多实现能解决呢?

因为接口中的功能都没有方法体,由子类来明确


类继承类同时实现接口

接口和类之间可以通过实现产生关系,同时也学习了类与类之间可以通过继承产生关系。当一个类已经继承了一个父类,它又需要扩展额外的功能,这时接口就派上用场了

子类通过继承父类扩展功能,通过继承扩展的功能都是子类应该具备的基础功能。如果子类想要继续扩展其他类中的功能呢?这时通过实现接口来完成

    class Fu{
        public void show(){
            
        };
    }
    
    interface Inter{
        public abstract void show1();
    }
    
    class Zi extends Fu implements Inter{
        public void show1();
    }

接口的出现避免了单继承的局限性。父类中定义的事物的基本功能。接口中定义的事物的扩展功能


接口的多继承

学习类的时候,知道类与类之间可以通过继承产生关系,接口和类之间可以通过实现产生关系,那么接口与接口之间会有什么关系

多个接口之间可以使用extends进行继承

    interface Fu1{
        void show1();
    }
    
    interface Fu2{
        void show2();
    }
    
    interface Fu3{
        void show3();
    }
    
    interface Zi extends Fu1,Fu2,Fu3{
        void show();
    }
    

在开发中如果多个接口中存在相同方法,这时若有个类实现了这些接口,那么就要实现接口中的方法,由于接口中的方法是抽象方法,子类实现后也不会发生调用的不确定性


接口的好处

接口的出现扩展了功能

接口其实就是暴露出来的规则

接口的出现降低了耦合性


接口与抽象类的区别

明白了接口思想和接口的用法后,接口和抽象类的区别是什么呢?接口在生活体现也基本掌握,那在程序中接口是如何体现的呢? 通过实例进行分析和代码演示抽象类和接口的用法

    1、举例:
        犬:
            行为:
                吼叫;
                吃饭;
                
        缉毒犬:
            行为:
                吼叫;
                吃饭;
                缉毒;

思考: 由于犬分为很多种类,他们吼叫和吃饭的方式不一样,在描述的时候不能具体化,也就是吼叫和吃饭的行为不能明确。当描述行为时,行为的具体动作不能明确,这时,可以将这个行为写为抽象行为,那么这个类也就是抽象类。 可是当缉毒犬有其他额外功能时,而这个功能并不在这个事物的体系中。这时可以让缉毒犬具备犬科自身特点的同时也有其他额外功能,可以将这个额外功能定义接口中

    interface 缉毒{
	    public abstract void 缉毒();
    }
    
    //定义犬科的这个提醒的共性功能
    abstract class 犬科{
    public abstract void 吃饭();
    public abstract void 吼叫();
    }
    
    // 缉毒犬属于犬科一种,让其继承犬科,获取的犬科的特性,
    
    //由于缉毒犬具有缉毒功能,那么它只要实现缉毒接口即可,这样即保证缉毒犬具备犬科的特性,也拥有了缉毒的功能
    
    class 缉毒犬 extends 犬科 implements 缉毒{

	    public void 缉毒() {
    	}
    	
    	void 吃饭() {
	    }
	    
    	void 吼叫() {
    	}
    }

    class 缉毒猪 implements 缉毒{
    	public void 缉毒() {
    	}
    }

通过上面的例子总结接口和抽象类的区别:

相同点:

  • 都位于继承的顶端,用于被其他类实现或继承
  • 都不能直接实例化对象
  • 都包含抽象方法,其子类都必须覆写这些抽象方法

区别:

  • 抽象类为部分方法提供实现,避免子类重复实现这些方法,提高代码重用性;接口只能包含抽象方法
  • 一个类只能继承一个直接父类(可能是抽象类),却可以实现多个接口;(接口弥补了Java的单继承)
  • 抽象类是这个事物中应该具备的内容, 继承体系是一种
  • 接口是这个事物中的额外内容,继承体系是一种

二者的选用:

  • 优先选用接口,尽量少用抽象类
  • 需要定义子类的行为,又要为子类提供共性功能时才选用抽象类

多态

多态的概述:

多态是继封装、继承之后,面向对象的第三大特性

现实事物经常会体现出多种形态,如学生,学生是人的一种,则一个具体的同学张三既是学生也是人,即出现两种形态

Java作为面向对象的语言,同样可以描述一个事物的多种形态。如Student类继承了Person类,一个Student的对象便既是Student,又是Person

Java中多态的代码体现在一个子类对象(实现类对象)既可以给这个子类(实现类对象)引用变量赋值,又可以给这个子类(实现类对象)的父类(接口)变量赋值

如Student类可以为Person类的子类。那么一个Student对象既可以赋值给一个Student类型的引用,也可以赋值给一个Person类型的引用

  • 最终多态体现为父类引用变量可以指向子类对象

  • 多态的前提是必须有子父类关系或者类实现接口关系,否则无法完成多态

  • 在使用多态后的父类引用变量调用方法时,会调用子类重写后的方法


多态的定义与使用的格式

多态的定义格式:就是父类的引用变量指向子类对象

    父类类型  变量名 = new 子类类型();
    变量名.方法名();

普通类多态定义的格式

    父类 变量名 = new 子类();
        如:class Fu {}
	class Zi extends Fu {}
	//类的多态使用
    Fu f = new Zi();

抽象类多态定义的格式

        抽象类 变量名 = new 抽象类子类();
        如:
        abstract class Fu {
            public abstract void method();
	    }
	    
        class Zi extends Fu {
            public void method(){
		        System.out.println(“重写父类抽象方法”);
            }
        }
        
        //类的多态使用
        Fu fu= new Zi();

接口多态定义的格式

    接口 变量名 = new 接口实现类();
    如:
    interface Fu {
        public abstract void method();
    }
    
    class Zi implements Fu {
		public void method(){
            System.out.println(“重写接口抽象方法”);
        }
    }
    
    //接口的多态使用
    Fu fu = new Zi();

注意事项

    同一个父类的方法会被不同的子类重写。在调用方法时,调用的为各个子类重写后的方法
    
    如 Person p1 = new Student();
    Person p2 = new Teacher();
    p1.work(); //p1会调用Student类中重写的work方法
    p2.work(); //p2会调用Teacher类中重写的work方法

当变量名指向不同的子类对象时,由于每个子类重写父类方法的内容不同,所以会调用不同的方法


多态-成员的特点

掌握了多态的基本使用后,那么多态出现后类的成员有啥变化呢?前面学习继承时,我们知道子父类之间成员变量有了自己的特定变化,那么当多态出现后,成员变量在使用上有没有变化呢? 多态出现后会导致子父类中的成员变量有微弱的变化

    class Fu {
	    int num = 4;
    }
    
    class Zi extends Fu {
	    int num = 5;
    }
    
    class Demo {
	    public static void main(String[] args) 	{
    		Fu f = new Zi();
		    System.out.println(f.num);
		    Zi z = new Zi();
		    System.out.println(z.num);
    	}
    }

多态成员变量

  • 当子父类中出现同名的成员变量时,多态调用该变量时:
    • 编译时期:参考的是引用型变量所属的类中是否有被调用的成员变量。没有则编译失败
    • 运行时期:也是调用引用型变量所属的类中的成员变量
    • 简单记:编译和运行都参考等号的左边。编译运行看左边

多态出现后会导致子父类中的成员方法有微弱的变化

    class Fu {
	    int num = 4;
	    void show()	{
		    System.out.println("Fu show num");
	    }
    }
    
    class Zi extends Fu {
	    int num = 5;
	    void show()	{
		    System.out.println("Zi show num");
	    }
    }
    
    class Demo {
	    public static void main(String[] args) 	{
		    Fu f = new Zi();
		    f.show();
	    }
    }

  • 多态成员方法
    • 编译时期:参考引用变量所属的类,如果没有类中没有调用的方法,编译失败
    • 运行时期:参考引用变量所指的对象所属的类,并运行对象所属类中的成员方法
    • 简而言之:编译看左边,运行看右边

instanceof关键字

我们可以通过instanceof关键字来判断某个对象是否属于某种数据类型。如学生的对象属于学生类,学生的对象也属于人类

    boolean  b  = 对象  instanceof  数据类型;
    
    如:
    Person p1 = new Student(); // 前提条件,学生类已经继承了人类
    boolean flag = p1 instanceof Student; //flag结果为true
    boolean flag2 = p2 instanceof Teacher; //flag结果为false


多态-转型

多态的转型分为向上转型与向下转型两种

  • 向上转型:当有子类对象赋值给一个父类引用时,便是向上转型,多态本身就是向上转型的过程
    父类类型  变量名 = new 子类类型();
    如:Person p = new Student();
  • 向下转型:一个已经向上转型的子类对象可以使用强制类型转换的格式,将父类引用转为子类引用,这个过程是向下转型。如果是直接创建父类对象,是无法向下转型的!
    子类类型 变量名 = (子类类型) 父类类型的变量;
    :Student stu = (Student) p;  //变量p 实际上指向Student对象


多态的好处与弊端

当父类的引用指向子类对象时,就发生了向上转型,即把子类类型对象转成了父类类型。向上转型的好处是隐藏了子类类型,提高了代码的扩展性

但向上转型也有弊端,只能使用父类共性的内容,而无法使用子类特有功能,功能有限制。看如下代码

    //描述动物类,并抽取共性eat方法
    abstract class Animal {
	    abstract void eat();
    }
 
    // 描述狗类,继承动物类,重写eat方法,增加lookHome方法
    class Dog extends Animal {
	    void eat() {
		    System.out.println("啃骨头");
	    }

	    void lookHome() {
		    System.out.println("看家");
	   }
    }

    // 描述猫类,继承动物类,重写eat方法,增加catchMouse方法
    class Cat extends Animal {
	    void eat() {
		    System.out.println("吃鱼");
	    }

	    void catchMouse() {
		    System.out.println("抓老鼠");
	    }
    }

    public class Test {
	    public static void main(String[] args) {
		    Animal a = new Dog(); //多态形式,创建一个狗对象
		    a.eat(); // 调用对象中的方法,会执行狗类中的eat方法
		    // a.lookHome();//使用Dog类特有的方法,需要向下转型,不能直接使用
		
		// 为了使用狗类的lookHome方法,需要向下转型
        // 向下转型过程中,可能会发生类型转换的错误,即ClassCastException异常
		// 那么,在转之前需要做健壮性判断 
		if( !a instanceof Dog){ // 判断当前对象是否是Dog类型
		 		System.out.println("类型不匹配,不能转换"); 
		 		return; 
		} 
		Dog d = (Dog) a; //向下转型
		d.lookHome();//调用狗类的lookHome方法
	    }
    }

  • 我们来总结一下:
    • 什么时候使用向上转型

      • 当不需要面对子类类型时,通过提高扩展性,或者使用父类的功能就能完成相应的操作,这时就可以使用向上转型
          如:Animal a = new Dog();
          a.eat();
      
    • 什么时候使用向下转型

      • 当要使用子类特有功能时,就需要使用向下转型
          如:Dog d = (Dog) a; //向下转型
          d.lookHome();//调用狗类的lookHome方法
      
    • 向下转型的好处:可以使用子类特有功能

    • 弊端是:需要面对具体的子类对象;在向下转型时容易发生ClassCastException类型转换异常。在转换之前必须做类型判断

        如:if( !a instanceof Dog){…}
    

多态-举例

我们明确多态使用,以及多态的细节问题后,接下来练习下多态的应用

  • 小与老

        /*
            描述小和老,
            小拥有讲课和看电影功能
            老拥有讲课和钓鱼功能
        */
        class 老 {
            void 讲课() {
    	        System.out.println("政治");
            }
    
            void 钓鱼() {
    	        System.out.println("钓鱼");
            }
        }
    
        // 小继承了老,就有拥有了老的讲课和钓鱼的功能,
        // 但小和老的讲课内容不一样,因此小要覆盖老的讲课功能
        class extends 老 {
            void 讲课() {
    	        System.out.println("Java");
            }
    
            void 看电影() {
    	        System.out.println("看电影");
            }
        }
    
        public class Test {
            public static void main(String[] args) {
    	        // 多态形式
    	        老 a = new 小(); // 向上转型
    	        a.讲课(); // 这里对象是老,其实真正讲课的仍然是小,因此调用的也是小的讲课功能
    	        a.钓鱼(); // 这里对象是老,但对象其实是小,而小继承了老,即小毕也具有钓鱼功能
    
    	        // 当要调用小特有的看电影功能时,就必须进行类型转换
    	        小 b = (小) a; // 向下转型
    	        b.看电影();
            }
        }
        
    
  • 学习到这里,面向对象的三大特征学习完了

  • 总结下封装、继承、多态的作用:

    • 封装:把对象的属性与方法的实现细节隐藏,仅对外提供一些公共的访问方式
    • 继承:子类会自动拥有父类所有可继承的属性和方法
    • 多态:配合继承与方法重写提高了代码的复用性与扩展性;如果没有方法重写,则多态同样没有意义

笔记本电脑案例

定义USB接口(具备开启功能、关闭功能),笔记本要使用USB设备,即笔记本在生产时需要预留可以插入USB设备的USB接口,即就是笔记本具备使用USB设备的功能,但具体是什么USB设备,笔记本并不关心,只要符合USB规格的设备都可以。鼠标和键盘要想能在电脑上使用,那么鼠标和键盘也必须遵守USB规范,不然鼠标和键盘的生产出来无法使用

  • 进行描述笔记本类,实现笔记本使用USB鼠标、USB键盘
    • USB接口,包含开启功能、关闭功能
    • 笔记本类,包含运行功能、关机功能、使用USB设备功能
    • 鼠标类,要符合USB接口
    • 键盘类,要符合USB接口

案例需求分析

阶段一: 使用笔记本,笔记本有运行功能,需要笔记本对象来运行这个功能

阶段二: 想使用一个鼠标,又有一个功能使用鼠标,并多了一个鼠标对象。

阶段三: 还想使用一个键盘 ,又要多一个功能和一个对象

问题:每多一个功能就需要在笔记本对象中定义一个方法,不爽,程序扩展性极差。 降低鼠标、键盘等外围设备和笔记本电脑的耦合性

实现代码步骤

  • 定义鼠标、键盘,笔记本三者之间应该遵守的规则
        interface USB {
            void open();// 开启功能
    
            void close();// 关闭功能
        }
    
    
  • 鼠标实现USB规则
        class Mouse implements USB {
            public void open() {
    	        System.out.println("鼠标开启");
            }
    
            public void close() {
    	        System.out.println("鼠标关闭");
        	}
        }
    
    
  • 键盘实现USB规则
        class KeyBoard implements USB {
            public void open() {
    	        System.out.println("键盘开启");
            }
    
        	public void close() {
    	        System.out.println("键盘关闭");
            }
        }
    
    
  • 定义笔记本
        class NoteBook {
            // 笔记本开启运行功能
            public void run() {
    	        System.out.println("笔记本运行");
            }
    
            // 笔记本使用usb设备,这时当笔记本对象调用这个功能时,必须给其传递一个符合USB规则的USB设备
            public void useUSB(USB usb) {
    	        // 判断是否有USB设备
    	        if (usb != null) {
    	    	    usb.open();
    		        usb.close();
    	        }
            }
    
            public void shutDown() {
    	        System.out.println("笔记本关闭");
            }
        }
    
    
        public class Test {
            public static void main(String[] args) {
    	        // 创建笔记本实体对象
    	        NoteBook nb = new NoteBook();
                // 笔记本开启
    	        nb.run();
    
    	        // 创建鼠标实体对象
    	        Mouse m = new Mouse();
    	        // 笔记本使用鼠标
    	        nb.useUSB(m);
    
                // 创建键盘实体对象
    	        KeyBoard kb = new KeyBoard();
    	        // 笔记本使用键盘
    	        nb.useUSB(kb);
    
    	        // 笔记本关闭
    	        nb.shutDown();
            }
        }
    
  •  

以上是关于面向对象之多态的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

Java面向对象之多态

java学习笔记之面向对象多态

python------面向对象介绍之多态实例

面向对象的三大特征之三——多态

Python面向对象之:三大特性:继承,封装,多态。

19.Python面向对象之:三大特性:继承,封装,多态。