专栏首页Java 温故知新多态的灵魂,面向接口的程序设计,这才是你该懂得的接口

多态的灵魂,面向接口的程序设计,这才是你该懂得的接口

Java面向对象之接口——interface

什么是接口

一般计算机中的接口分为硬件接口和软件接口。

  • 硬件接口:是指两个硬件设备之间的连接方式,既包括物理上的接口,还包括逻辑上的数据传送协议。
  • 软件接口:通常是指程序代码,在Java中表示一种特殊的类,是具有的N个方法的特征集合,表示一种规范;还有一种情况数据接口,表示客户端和服务端之间的数据交互的方式。

比如,显示器中封装了很多电子元器件,这些元器件连接在一起为显示器的正常共工作提供支持,那显示器如何与外界的其他设备(如电脑主机、外放音响、耳机等设备)通信交互呢?也是通过显示暴露的通信接口——显示器上暴露的“孔”。通过连接这些“孔”,其他设备就能和显示一起工作,能够获取显示器中的信息数据,也能够为显示器提供一些显示器不具备的功能,比如:优质的音响效果。

接口的设计目的:

从上述的显示器例子中,不难发现,接口可以看作是设备和设备之间的通信桥梁,通过交换数据完成通信。接口表示一种规范/约束/实现者必须遵循的规范,目的就是用来约束使用者应该怎么做。那如果没有这些规范(接口),会出现什么样的问题?

在如今这个智能机泛滥的年代,不知道大家有没有怀念当年功能机和山寨机横行的年代,在那些年代,手机之间的充电设备各个品牌有各个品牌的“特色”,各个品牌均不一样;如果充电设备丢了,或者损坏了,往往要花费很大的代价才能才能买到新的,所以在当时的万能充电器才能流行一时,但其充电效果却并不如人意。

由此带来的问题极大的困扰了广大手机用户。

各有特色的功能机充电器

直到Android系统的出现,统一了充电接口规范后,这个问题才得到了有效解决。大多数Android手机的充电的接口是相同的( Micro-USB/Type-c/Lightning)。当然了,苹果手机是个特立独行的大佬。

生活中,USB接口和我们经常接说的USB插槽其实是有所偏差的,其并不是我们平时所看到的那些USB插槽,而是那些USB插槽所遵循的一种规范(标准)。USB的英文是Universal Serial Bus(通用串行总线),用于规范电脑与外部设备的连接和通讯,广泛应用于PC领域的接口技术。

我们所看到的那些USB插槽是根据USB接口规范设计出来的产品,对于不同型号的USB设备而言,他们各自的USB插槽都需要遵循同一个规范,如此可以保证任何插入USB插槽的设备都能与主板正常通信。对于同一种型号的主板上的多个USB插槽,他们有相同的数据交换方式,相同的实现细节;在面向对象的思想中,可认为他们都是同一个类的不同实例,也就是说插槽是USB规范的实例。

接口和实现类体现了真正的多态

接口只定义了应当遵循的规范,却并不关心这些规范的内部数据和其功能的实现细节,从而分离了规范和实现,增强了系统的可拓展性和可维护性。这样做的好处:比如,主板上提供了USB插槽,只要一个遵循了USB规范的鼠标,就可以插入USB插槽,并与主板正常通信,而不必关心至于这个鼠标的厂商,鼠标内部实现。当鼠标坏了的时候,只需要换个鼠标就行。

Java中的接口

Java中的接口,书面解释是多个抽象类的抽象就是接口;通俗点说,在Java中最小的程序单元是类,而接口其实是一个特殊的类。和USB接口一样,Java中的接口也表示规范,用于定义一组抽象方法,表示某一类事物必须具备的功能,接口的实现类来实现该接口并提供接口中每个方法的实现。

定义类语法: 权限修饰符 class 类名{}

定义接口语法: 权限修饰符 interface 接口名{}

接口的命名:

  1. 表示具有某些能力的,可以以able/handler结尾。如:Walkable.java
  2. 以I开头表示接口,如:IWalkable.java

接口在编译成功之后,和类一样,也是.class的字节码文件。

接口中的成员:

1. 接口中没有构造器,因为接口不能使用new关键字创建对象(不能 new );

2. 接口中不能定义普通方法,接口中的方法都是默认为公共的抽象方法,而且都是 public abstract 修饰的;所以接口中的方法的public符 和 abstract 修饰符是可以省略不写的;

3. 接口中定义的成员变量,实质是全局静态常量,默认使用 public static final来修饰;

public static final String NAME = "老夫不正经";

4. 接口中定义的内部类都是公共的静态内部类,默认使用public static来修饰内部类.

public static interface Openable {}

标志接口:没有任何成员,仅仅提供一个接口定义的接口,其就只是一个标志,若有类实现该接口,则该类就属于接口这一派系。这个使用的不多,了解就好。

常量接口:使用接口来封装多个常量信息,称之为常量接口,其目的和普通常量类相同,但在这里不建议使用。

接口的特点:

  1. 接口没有构造器,更不能显式定义构造器,故接口不能被实例化。
  2. 接口里的方法方法全是抽象公共的,默认修饰符是public abstract。
  3. 接口里的字段全是全局静态常量,默认修饰符是public static final。
  4. 接口里的内部类全是公共静态的,默认修饰符是public static。

接口的继承:

接口只能继承接口,不能继承类,且接口支持多继承(类是单继承关系)。接口继承语法如下:

[修饰符] interface 接口名 extends 接口1,接口2

类和类之间的继承关系用extends关键字来表示,接口和接口之间也只能是继承关系,也使用extends 关键字来表示。

接口和实现类之间只能是实现关系,而且是类实现接口,用implements关键字来表示。

类和接口的实现关系

接口的实现

接口仅仅只是定义了某一类事物应该具有某些功能,但是没有提供任何实现。但在Java 8以及以后的版本中,接口是可以有默认实现的。此时,我们定义了一个类,再用该类去实现接口,那么就必须覆盖接口中的方法,提供功能实现,从而实现类接口中定义的功能。

类实现接口:一个类可以实现多个接口,从而也弥补了类的单继承问题。语法如下:

[修饰符] class 实现类名 extends 父类 implements 接口1,接口2{}

接口和实现类之间的关系,称之为"实现关系",使用implements关键字来表示,但有时候为了方便,也把这个实现关系称之为特殊继承关系。可以这样理解:接口是实现类的父类:实现类就是接口的子类。

面向接口编程

接口和实现类的多态关系是在开发中比较常见的多态体现

接口 变量 = 创建实现类对象; // 体现了多态思想

接口中的方法是公共的抽象的,所以实现类必须覆盖接口中的方法,并且方法必须使用public修饰,因为接口中的方法默认就是使用public修饰的。

接口和抽象类的相同点:

  1. 都位于继承的顶端,用于被其他类或者接口实现或继承;
  2. 都不能被实例化;
  3. 都可以定义抽象方法,其子类/实现类都必须覆写这些抽象方法;

接口和抽象类的不同点:

  1. 接口没有构造方法,抽象类有构造方法;
  2. 抽象类可包含普通方法和抽象方法,接口只能包含抽象方法(Java 8之前);
  3. 类是单继承的,一个类只能继承一个直接父类(可能是抽象类),接口是支持多继承的;一个可以类实现多个接口(接口弥补了Java的单继承);
  4. 成员变量:接口里默认是public static final,抽象类是默认包权限;
  5. 方法:接口里默认是public abstract,抽象类默认是默认包访问权限;
  6. 内部类:接口里默认是public static,抽象类默认是默认包访问权限;

如果接口和抽象类可以完成相同的功能,尽量使用接口,这就是面向接口编程。面向接口编程在于使用多态的好处,把实现类对象赋给接口类型变量,屏蔽了不同实现类之间的实现差异,从而可以做到通用编程。

案例:使用USB设备来工作。

USB接口及USB实现设备
主板
运行实例

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原始发表时间:2020-05-03

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