精通Java接口的使用与原理

接口基础知识

为什么需要接口

需求：要求实现防盗门的功能，门有“开”和“关”的功能，锁有“上锁”和“开锁”功能。
分析：首先防盗门是一个门，它有一把锁。按照之前学过的面向对象的思想，可以将门和锁分别定义成抽象类。但是，不能让防盗门在继承们的同时又继承锁。原因有两点：第一，防盗门不是锁，不符合继承中is a的关系，第二，Java只支持单继承，如何解决这个问题呢？这时就要用到接口，可以将锁定义为接口，让防盗门继承门，实现锁的接口。那么什么是借口呢？它的特点又是什么呢？下面让我们来学习一下。

什么是接口

在生活中，接口是一套规范，只要满足这个规范的设备，就可以将它们组装到一起，从而实现该设备的功能。
而在软件中，接口同样是一种规范和标准，它们可以约束类的行为，是一些方法特征的集合，但是没有方法的实现，从这个角度来讲，接口可以看作一种特殊的“抽象类”，但是采用与抽象类完全不同的语法来表示，两者的设计理念也是不同的，抽象类利于代码的复用，接口利于代码的扩展和维护。

接口的定义语法和类实现接口的语法

[修饰符] interface 接口名 extends 父接口1，父接口2，…{
//常量定义
//方法定义
}
class 类名 extends 父类名 implements 接口1，接口2，…{
//类成员
}

接口说明
1.接口的命名规范和类相同。
2.接口中可以定义常量，不能定义变量。
3.接口中所有的方法都是抽象方法。
4.和抽象类一样，接口也不能实例化，接口中不能有构造方法。
5.接口之间可以通过extends实现继承关系，一个接口可以继承多个接口，但接口不能继承类。
6.接口的实现类必须实现接口的全部方法，否则必须定义为抽象类。

下面就使用Java接口来模拟生活中的USB接口

//先定义USB接口，通过service()方法提供服务
/*
 * USB接口
 */
public interface UsbInterFace {
	/*
	 * USB接口提供服务
	 */
	void service();
}

//定义U盘类，实现USB接口中的service()方法，进行数据传输
/*
 * U盘
 */
public class UDisk implements UsbInterFace{
	public void service(){
		System.out.println("连接USB口，开始传输数据");
	}

}

//定义USB风扇类，实现USB接口中的service()方法，获得电流使风扇转动
/*
 * USB风扇
 */
public class UsbFan implements UsbInterFace{
	public void service(){
		System.out.println("连接USB口,获得电流，风扇开始转动");
	}
}
//编写测试类，实现U盘传输数据，使USB风扇转动
/*
 * 测试类
 */
public class Test {

	public static void main(String[] args) {
		//1.U盘
		UsbInterFace uDisk=new UDisk();
		uDisk.service();
		//2.USB风扇
		UsbInterFace usbFan=new UsbFan();
		usbFan.service();
	}
}

运行结果：

通过该示例我们学习了如何定义接口和实现接口，这些技能在后面的学习中将会被反复用到。

接口表示一种能力

使用接口实现防盗门功能

通过上面的代码，我们已经了解Java接口的语法和规则，现在就使用借口来实现防盗门功能

//定义Door类，具有开和关的功能
/*
 * 门
 */
public abstract class Door {
	public abstract void open();//开
	public abstract void close();//关
}

//定义Lock接口，具备上锁和开锁的功能
/*
 * 锁，接口
 */
public interface Lock {
	void lockUp();//上锁
	void openLock();//开锁
}

//定义TheftproofDoor类，继承Door类，实现Lock接口
*
 * 防盗门类
 */
public class TheftproofDoor extends Door implements Lock,DoorBell{
	public void lockUp() {
		System.out.println("插进钥匙，向左旋转钥匙三圈，锁上了，拔出钥匙");
	}
	public void openLock(){
		System.out.println("插进钥匙，向右旋转钥匙三圈，锁打开了，拔出钥匙");
	}
	public void open(){
		System.out.println("用力推，门打开了");
	}
	public void close(){
		System.out.println("轻轻拉门，门关上了");
	}
}

//编写测试类，实现防盗门的关门，开门，上锁，开锁的功能
/*
 * 测试类
 */
public class DoorTest {
	public static void main(String[] args) {
		TheftproofDoor tfd=new TheftproofDoor();
		tfd.close();//关门
		tfd.lockUp();//上锁
		tfd.takePictures();//来访客人拍照存储
		tfd.openLock();//开锁
		tfd.open();//开门
	}
}

运行结果：

通过上面的案例我们了解了接口表示一种能力，一个类实现了某个接口，就表示这个类具备了某种能力，那我们就为防盗门增加一个拍照存档的功能，当主人不在家有客人来访时便会自动拍照存储。

/*
 * 门铃接口
 */
public interface DoorBell {
	void takePictures();//铃响拍照存档功能
}

//为防盗门增加门铃功能
/*
 * 防盗门类
 */
public class TheftproofDoor extends Door implements Lock,DoorBell{
//省略其他实现方法
public void takePictures(){
		System.out.println("铃......咔嚓......照片已存储");
	}
}

//修改测试类，代码如下：
/*
 * 测试类
 */
public class DoorTest {
	public static void main(String[] args) {
		TheftproofDoor tfd=new TheftproofDoor();
		tfd.close();//关门
		tfd.lockUp();//上锁
		tfd.takePictures();//来访客人拍照存储
		tfd.openLock();//开锁
		tfd.open();//开门
	}
}

运行结果：

接口表示一种约定

使用接口实现打印机打印功能

需求：要求实现打印机打印功能。打印机的墨盒可能是彩色的，也可能是黑白的，所有的纸张可以有很多类型。
代码如下：

//定义墨盒接口InkBox，约定墨盒有颜色
/*
 * 墨盒接口
 */
public interface InkBox {
	/*
	 * 得到墨盒颜色
	 */
	public String getColor();
}

//定义纸张接口Paper，约定纸张有大小
/*
 * 纸张接口
 */
public interface Paper {
	/*
	 * 得到纸张大小
	 */
	public String getSize();
}

//定义打印机类，引用墨盒接口，纸张接口实现打印功能
/*
 * 打印机类
 */
public class Printer {
	InkBox inkBox;//墨盒
	Paper paper;//纸张
	/*
	 * 设置打印机墨盒
	 */
	public void setInkBox(InkBox inkBox){
		this.inkBox=inkBox;
	}
	/*
	 * 设置打印机纸张
	 */
	public void setPaper(Paper paper){
		this.paper=paper;
	}
	/*
	 * 使用墨盒在纸张上打印
	 */
	public void print(){
		System.out.println("使用"+inkBox.getColor()+"墨盒在"+paper.getSize()+"纸张上打印");
	}
}

//墨盒厂商按照InkBox接口实现ColorInkbox类和GrayInkBox类
/*
 * 彩色墨盒
 */
public class ColorInkBox implements InkBox{
	public String getColor(){
		return "彩色";
	}
}
/*
 * 墨色墨盒
 */

public class GrayInkBox implements InkBox{
	public String getColor(){
		return "黑色";
	}
}
/*
 * 墨色墨盒
 */

public class GrayInkBox implements InkBox{
	public String getColor(){
		return "黑色";
	}
}
/*
 * 墨色墨盒
 */

public class GrayInkBox implements InkBox{
	public String getColor(){
		return "黑色";
	}
}
//纸张厂商按照Paper接口实现A4Paper类和B5Paper类
public class A4Paper implements Paper{
	public String getSize(){
		return "A4";
	}
}
public class B5Paper implements Paper{
	public String getSize(){
		return "B5";
	}

}
//“组装”打印机，让打印机通过不同的墨盒和纸张实现打印
public class TestInkBox {
	public static void main(String[] args) {
		//1.定义打印机
		InkBox inkBox=null;
		Paper paper=null;
		Printer printer=new Printer();

		//2.使用黑白墨盒在A4纸上打印
		inkBox=new GrayInkBox();
		paper=new A4Paper();
		printer.setInkBox(inkBox);
		printer.setPaper(paper);
		printer.print();

		3.使用彩色墨盒在B5纸上打印
		inkBox=new ColorInkBox();
		paper=new B5Paper();
		printer.setInkBox(inkBox);
		printer.setPaper(paper);
		printer.print();

		//4.使用彩色墨盒在A4纸上打印
		paper=new A4Paper();
		printer.setPaper(paper);
		printer.print();
	}
}

运行结果：

在C#中使用接口

使用C#实现打印功能

语法

[修饰符] interface 接口名：父接口1，父接口2，…{
属性定义
方法定义
}
class 类名：父类名，接口1，接口2，…{}

c#接口说明
1.接口之间可以通过“：”来实现继承关系，一个接口可以继承多个接口，但接口不能继承类。类只能继承一个父类，但可以实现多个接口，使用“：”来继承类并实现接口
2.接口定义零个或多个成员，成员主要是方法，属性和索引器。借口中不能包含常量，变量和构造方法，也不能包含任何静态成员。
3.接口成员访问权限是public，定义接口时显式指定任何修饰符都是非法的。
4.按照惯例，c#中接口的名称以大写字母“I”开头。

下面用c#实现打印机案例，通过对比其中的一同，更好的掌握接口在两种语法中的应用。

namespace InterfaceDemo
{
    public interface InkBox
    {
        string Color { get; }
    }
    public interface Paper
    {
        string Size { get; }
    }
    class Printer
    {
        InkBox inkBox;//墨盒
        public InkBox InkBox
        {
            set { inkBox = value; }
        }
        Paper paper;//纸张
        public Paper Paper
        {
            set { paper = value; }
        }
        public void print()
        {
            Console.WriteLine("使用" + inkBox.Color + "墨盒在" + paper.Size + "纸上打印");
        }
    }
    public class ColorInkBox: InkBox
    {
        public string Color { get { return "彩色"; } }
    }
    public class GrayInkBox: InkBox
    {
        public string Color { get { return "黑白"; } }
    }
    public class A4Paper : Paper
    {
        public string Size { get { return "A4"; } }
    }
    public class B5Paper : Paper
    {
        public string Size { get { return "B5"; } }
    }
    public class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            InkBox inkBox = null;
            Paper paper = null;
            Printer printer = new Printer();

            inkBox = new GrayInkBox();
            paper = new A4Paper();
            printer.InkBox = inkBox;
            printer.Paper = paper;
            printer.print();

            inkBox = new ColorInkBox();
            paper = new B5Paper();
            printer.InkBox = inkBox;
            printer.Paper = paper;
            printer.print();

            paper = new A4Paper();
            printer.Paper = paper;
            printer.print();
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

运行结果：

在Java与c#两种语言中，接口具有以下区别
1.Java中通过extends来继承父接口，类通过implements实现接口；c#中通过":"来实现这两个功能。
2.Java接口中的成员变量都是常量，自动用public static final修饰；c#接口中不允许存在成员变量，但可以有属性。
3.Java接口中属性和方法都可以用public修饰；c#中默认用public，但不允许显式使用public修饰。
4.Java接口中可以定义静态变量和方法；c#接口中不允许包含任何静态成员。

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