编程自学指南：java程序设计开发，Java 接口详解，理解 Java 接口的概念、作用和特点，掌握接口的定义和实现方式，接口的定义和语法规则

Java 接口详解

一、课程信息

学习目标

理解 Java 接口的概念、作用和特点。
掌握接口的定义和实现方式。
学会使用接口实现多态和代码复用。
了解接口在实际开发中的应用场景。

课程重点

接口的定义和语法规则。
接口的实现和方法重写。
接口在多态中的应用。

课程难点

理解接口与抽象类的区别。
灵活运用接口解决实际问题。

二、课程导入

生活中的接口实例

在生活中，接口无处不在。例如，USB 接口是计算机与外部设备（如 U 盘、鼠标、键盘等）之间的一种标准连接方式。只要设备符合 USB 接口的标准，就可以连接到计算机上使用。不同的设备通过 USB 接口实现了与计算机的交互，这体现了接口的标准化和通用性。

编程中的问题引入

在 Java 编程中，有时我们希望不同的类具有相同的行为，但这些类可能没有直接的继承关系。例如，飞机、汽车、轮船都具有移动的功能，但它们属于不同的类别。如果使用继承来实现这些功能，会导致类的层次结构变得复杂，而且不符合面向对象的设计原则。这时，接口就可以发挥作用，它可以定义一组规范，让不同的类去实现这些规范。

// 传统方式，类之间关系复杂
class Aircraft {
    void move() {
        System.out.println("飞机在空中移动");
    }
}

class Car {
    void move() {
        System.out.println("汽车在公路上移动");
    }
}

class Ship {
    void move() {
        System.out.println("轮船在水面上移动");
    }
}

三、接口的概念

定义

接口是一种特殊的抽象类型，它只包含常量和抽象方法的定义，不包含具体的实现。接口可以看作是一种契约，实现接口的类必须遵守这个契约，实现接口中定义的所有抽象方法。

作用

实现多继承：Java 不支持类的多重继承，但一个类可以实现多个接口，从而达到类似多重继承的效果。
规范行为：接口定义了一组方法的签名，实现接口的类必须实现这些方法，保证了类的行为符合一定的规范。
提高代码的可扩展性和可维护性：通过接口，可以将不同的实现类统一起来，方便代码的管理和扩展。

四、接口的定义

语法格式

interface 接口名 {
    // 常量定义
    数据类型 常量名 = 值;

    // 抽象方法定义
    返回类型 方法名(参数列表);
}

示例代码

// 定义一个移动接口
interface Movable {
    // 常量
    int MAX_SPEED = 100;

    // 抽象方法
    void move();
}

注意事项

接口中的常量默认是 public static final 类型的，必须在定义时初始化，且不能被修改。
接口中的方法默认是 public abstract 类型的，不需要使用 abstract 关键字修饰。

五、接口的实现

语法格式

class 类名 implements 接口名 {
    // 实现接口中的抽象方法
    @Override
    public 返回类型 方法名(参数列表) {
        // 方法体
    }
}

示例代码

// 定义一个移动接口
interface Movable {
    int MAX_SPEED = 100;
    void move();
}

// 飞机类实现 Movable 接口
class Aircraft implements Movable {
    @Override
    public void move() {
        System.out.println("飞机在空中以最高速度 " + MAX_SPEED + " 飞行");
    }
}

// 汽车类实现 Movable 接口
class Car implements Movable {
    @Override
    public void move() {
        System.out.println("汽车在公路上以最高速度 " + MAX_SPEED + " 行驶");
    }
}

public class InterfaceImplementationExample {
    public static void main(String[] args) {
        Aircraft aircraft = new Aircraft();
        Car car = new Car();

        aircraft.move();
        car.move();
    }
}

实现多个接口

一个类可以实现多个接口，用逗号分隔接口名。

interface Flyable {
    void fly();
}

interface Swimmable {
    void swim();
}

class Duck implements Flyable, Swimmable {
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("鸭子在空中飞");
    }

    @Override
    public void swim() {
        System.out.println("鸭子在水里游");
    }
}

六、接口与多态

多态的实现

接口可以实现多态，通过接口类型的引用变量引用实现类的对象，调用接口中定义的方法时，会根据实际对象的类型调用相应的实现方法。

示例代码

interface Shape {
    double area();
}

class Circle implements Shape {
    private double radius;

    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    public double area() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}

class Rectangle implements Shape {
    private double length;
    private double width;

    public Rectangle(double length, double width) {
        this.length = length;
        this.width = width;
    }

    @Override
    public double area() {
        return length * width;
    }
}

public class InterfacePolymorphismExample {
    public static void main(String[] args) {
        Shape circle = new Circle(5);
        Shape rectangle = new Rectangle(4, 6);

        System.out.println("圆形的面积：" + circle.area());
        System.out.println("矩形的面积：" + rectangle.area());
    }
}

七、接口的继承

接口继承的概念

接口可以继承其他接口，使用 extends 关键字。一个接口可以继承多个接口，用逗号分隔。

示例代码

interface A {
    void methodA();
}

interface B {
    void methodB();
}

interface C extends A, B {
    void methodC();
}

class MyClass implements C {
    @Override
    public void methodA() {
        System.out.println("实现方法 A");
    }

    @Override
    public void methodB() {
        System.out.println("实现方法 B");
    }

    @Override
    public void methodC() {
        System.out.println("实现方法 C");
    }
}

八、接口与抽象类的区别

比较项	接口	抽象类
定义关键字	`interface`	`abstract class`
成员变量	只能是 `public static final` 常量	可以是各种类型的变量
方法实现	只能有抽象方法（Java 8 及以后可有默认方法和静态方法）	可以有抽象方法和具体方法
继承 / 实现	一个类可以实现多个接口	一个类只能继承一个抽象类
设计目的	强调行为的规范和统一	强调类的共性和模板

九、课堂练习

练习 1

创建一个 Drawable 接口，包含 draw 方法。创建 Circle 类和 Square 类实现 Drawable 接口，分别实现 draw 方法，输出不同的绘制信息。

练习 2

创建一个 Playable 接口，包含 play 方法。创建 MusicPlayer 类和 VideoPlayer 类实现 Playable 接口，分别实现 play 方法，输出不同的播放信息。

十、课程总结

重点回顾

接口的概念、作用和特点。
接口的定义和实现方式。
接口在多态中的应用。
接口与抽象类的区别。

注意事项

实现接口时，必须实现接口中的所有抽象方法。
合理使用接口和抽象类，根据具体需求选择合适的设计方式。

十一、课后作业

作业 1

设计一个简单的电器系统，包含 ElectricalDevice 接口，有 turnOn 和 turnOff 方法。创建 TV 类、Refrigerator 类和 Fan 类实现 ElectricalDevice 接口，分别实现 turnOn 和 turnOff 方法，输出不同的开关信息。

作业 2

创建一个 Sortable 接口，包含 sort 方法。创建 ArraySorter 类实现 Sortable 接口，在 sort 方法中实现对整数数组的排序功能。