第九章抽象类和接口 - 9.2 接口 - 《Java程序设计基础》

9.2 接口

9.2 接口

9.1节详细介绍了抽象类，提到抽象类中可以有抽象方法，也可以有普通方法，但是有抽象方法的类必须是抽象类。如果抽象类中的方法都是抽象方法，那么由这些抽象方法组成的特殊的抽象类就是所说的接口。

9.2.1 接口的概念

接口是一系列方法的声明，是一些抽象方法的集合。一个接口只有方法的声明，没有方法的实现，因此这些方法可以在不同的地方被不同的类实现，而这些实现类可以具有不同的行为。

虽然我们常说，接口是一种特殊的抽象类，但是在面向对象编程的设计思想层面，两者还是有显著区别的。抽象类更侧重于对相似的类进行抽象，形成抽象的父类以供子类继承使用，而接口往往在程序设计的时候，定义模块与模块之间应满足的规约，使各模块之间能协调工作。接下来通过一个实际的例子来说明接口的作用。

如今，蓝牙技术已经在社会生活中广泛应用。移动电话、蓝牙耳机、蓝牙鼠标、平板电脑等IT设备都支持蓝牙实现设备间短距离通信。那为什么这些不同的设备能通过蓝牙技术进行数据交换呢？其本质在于蓝牙提供了一组规范和标准，规定了频段、速率、传输方式等要求，各设备制造商按照蓝牙规范约定制造出来的设备，就可以按照约定的模式实现短距离通信。蓝牙提供的这组规范和标准，就是所谓的接口。

蓝牙接口创建和使用步骤如下。

（1）各相关组织、厂商约定蓝牙接口标准。

（2）相关设备制造商按约定接口标准制作蓝牙设备。

（3）符合蓝牙接口标准的设备可以实现短距离通信。

Java接口定义的语法形式如下。

[修饰符]  interface 接口名 [extends] [接口列表]{
    接口体
}

interface前的修饰符是可选的，当没有修饰符的时候，表示此接口的访问只限于同包的类和接口。如果使用修饰符，则只能用public 修饰符，表示此接口是公有的，在任何地方都可以引用它，这一点和类是相同的。

接口是和类同一层次的，所以接口名的命名规则参考类名命名规则即可。

extends关键词和类语法中的extends类似，用来定义直接的父接口。和类不同，一个接口可以继承多个父接口，当extends 后面有多个父接口时，它们之间用逗号隔开。

接口体就是用大括号括起来的那部分，接口体里定义接口的成员，包括常量和抽象方法。

类实现接口的语法形式如下：

[类修饰符]  class  类名  implements 接口列表{
    类体
}

类实现接口用implements关键字，Java中的类只能是单继承的，但一个Java类可以实现多个接口，这也是Java解决多继承的方法。

下面通过代码来模拟蓝牙接口规范的创建和使用步骤。

（1）定义蓝牙接口。

假设蓝牙接口通过input()和output()两个方法提供服务，这时就需要在蓝牙接口中定义这两个抽象方法，具体代码如下。

//定义蓝牙接口
public interface BlueTooth 
{
    //提供输入服务
    public void input();
    //提供输出服务
    public void output();
}

（2）定义蓝牙耳机类，实现蓝牙接口。

public class Earphone implements BlueTooth
{
    String name = "蓝牙耳机";
    //实现蓝牙耳机输入功能
    public void input()
    {
        System.out.println(name + "正在输入音频数据...");
    }
    //实现蓝牙耳机输出功能
    public void output()
    {
        System.out.println(name + "正在输出反馈信息...");
    }
}

（3）定义IPad类，实现蓝牙接口。

public class IPad implements BlueTooth
{
    String name = "iPad";
    //实现iPad输入功能
    public void input()
    {
        System.out.println(name + "正在输入数据...");
    }
    //实现iPad输出功能
    public void output()
    {
        System.out.println(name + "正在输出数据...");
    }
}

编写测试类，对蓝牙耳机类和IPad类进行测试，代码如下，运行结果如图9.7所示。

public class TestInterface 
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        BlueTooth ep = new Earphone();   //创建并实例化一个实现了蓝牙接口的蓝牙耳机对象ep
        ep.input();                                       //调用ep的输入功能
        BlueTooth ip = new IPad();            //创建并实例化一个实现了蓝牙接口的iPad对象ip
        ip.input();                                        //调用ip的输入功能
        ip.output();                                      //调用ip的输出功能
    }
}

图9.7 蓝牙接口使用

9.2.2 接口的使用

电子邮件现在是人们广泛使用的一种信息沟通形式，要创建一封电子邮件，至少需要发信者邮箱、收信者邮箱、邮件主题和邮件内容4个部分。可以采用接口定义电子邮件的这些约定，让电子邮件类必须实现这个接口，从而达到让电子邮件必须满足这些约定的要求。

（1）定义电子邮件接口。

public interface EmailInterface 
{
    //设置发信者邮箱
    public void setSendAdd(String add);
    //设置收信者邮箱
    public void setReceiveAdd(String add);
    //设置邮件主题
    public void setEmailTitle(String title);
    //设置邮件内容
    public void writeEmail(String email);
}

（2）定义邮箱类，实现EmailInterface接口。

注意，在实现接口中抽象方法的同时，邮箱类本身还有一个showEmail()方法。

import java.util.Scanner;
//定义Email，实现Email接口
public class Email implements EmailInterface
{
    String sendAdd = "";                      //发信者邮箱
    String receiveAdd = "";                           //收信者邮箱
    String emailTitle = "";                    //邮件主题
    String email = "";                                     //邮件内容
    //实现设置发信者邮箱
    public void setSendAdd(String add)
    {
        this.sendAdd = add;
    }
    //实现设置收信者邮箱
    public void setReceiveAdd(String add)
    {
        this.receiveAdd = add;
    }
    //实现设置邮件主题
    public void setEmailTitle(String title)
    {
        this.emailTitle = title;
    }
    //实现设置邮件内容
    public void writeEmail(String email)
    {
        this.email = email;
    }
    //显示邮件全部信息
    public void showEmail()
    {
        System.out.println("***显示电子邮件内容***");
        System.out.println("发信者邮箱：" + sendAdd);
        System.out.println("收信者邮箱：" + receiveAdd);
        System.out.println("邮件主题：" + emailTitle);
        System.out.println("邮件内容：" + email);
    }
}

（3）定义一个邮件作者类。

邮件作者类中含静态方法writeEmail(EmailInterface email)，用于写邮件，具体代码如下。

class EmailWriter 
{
    //定义写邮件的静态方法，形参是EmailInterface接口
    public static void writeEmail(EmailInterface email) 
    {
        Scanner input = new Scanner(System.in);        
        System.out.print("请输入发信者邮箱：");
        email.setSendAdd(input.next());
        System.out.print("请输入收信者邮箱：");
        email.setReceiveAdd(input.next());
        System.out.print("请输入邮件主题：");
        email.setEmailTitle(input.next());
        System.out.print("请输入邮件内容：");
        email.writeEmail(input.next());
        //email.showEmail();//编译无法通过，因为形参email是EmailInterface接口，没有此方法
    }
}

（4）编写测试类。

测试类代码首先创建并实例化出一个实现了电子邮件接口的对象email，然后调用EmailWriter类的静态方法writeEmail写邮件，最后将email对象强制类型转换成Email对象（不提倡此做法），调用Email类的showEmail()方法。具体代码如下，程序运行结果如图9.8所示。

public class TestInterface2 
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        //创建并实例化一个实现了电子邮件接口的对象email
        EmailInterface email = new Email();
        //调用EmailWriter类的静态方法writeEmail写邮件
        EmailWriter.writeEmail(email);
        //强制类型转换，调用Email类的showEmail()方法（不是接口方法）
         ((Email)email).showEmail();
    }
}

图9.8 电子邮箱接口的使用

9.2.3 接口的特征

接下来，逐个了解接口有哪些特征。

（1）接口中不允许有实体方法。

例如，在EmailInterface接口中增加下面的实体方法。

//显示邮件全部信息
public void showEmail()
{
}

编译时就会报错，提示接口中不能有实体方法，如图9.9所示。

图9.9 接口中不能有实体方法

（2）接口中可以有成员变量，默认修饰符是public static final，接口中的抽象方法必须用public修辞。

在EmailInterface接口中，增加邮件发送端口号的成员变量sendPort，代码如下。

int sendPort = 25;//必须赋静态最终值

在Email类的showEmail()方法中增加语句System.out.println(“发送端口号：” + sendPort);，含义为访问EmailInterface接口中的sendPort并显示出来，具体代码如下。

//显示邮件全部信息
public void showEmail()
{
    System.out.println("***显示电子邮件内容***");
    System.out.println("发送端口号：" + sendPort);
    System.out.println("发信者邮箱：" + sendAdd);
    System.out.println("收信者邮箱：" + receiveAdd);
    System.out.println("邮件主题：" + emailTitle);
    System.out.println("邮件内容：" + email);
}

EmailWriter类和TestInterface2类的代码不需要调整，运行TestInterface2类，程序运行结果如图9.10所示。

图9.10 接口中成员变量的使用

（3）一个类可以实现多个接口。

假设一个邮件，不仅需要符合EmailInterface接口对电子邮件规范的要求，而且需要符合对发送端和接收端端口号接口规范的要求，才允许成为一个合格的电子邮件。

发送端和接收端端口号接口的代码如下所示。

//定义发送端和接收端端口号接口
public interface PortInterface 
{
//设置发送端端口号
public void setSendPort(int port);
//设置接收端端口号
public void setReceivePort(int port);
}

则Email类不仅要实现EmailInterface接口，还要实现PortInterface接口，同时类方法中必须实现PortInterface接口的抽象方法。Email类的代码如下。

import java.util.Scanner;
//定义Email，实现EmailInterface和PortInterface 接口
public class Email implements EmailInterface,PortInterface
{
    int sendPort = 25;                  //发送端端口号
    int receivePort = 110;           //接收端端口号
    //实现设置发送端端口号
    public void setSendPort(int port)
    {
        this.sendPort = port;
    }
    //实现设置接收端端口号
    public void setReceivePort(int port)
    {
        this.receivePort = port;
    }
    //显示邮件全部信息
    public void showEmail()
    {
        System.out.println("***显示电子邮件内容***");
        System.out.println("发送端口号：" + sendPort);
        System.out.println("接收端口号：" + receivePort);
        System.out.println("发信者邮箱：" + sendAdd);
        System.out.println("收信者邮箱：" + receiveAdd);
        System.out.println("邮件主题：" + emailTitle);
        System.out.println("邮件内容：" + email);
    }
    //省略了其他属性和方法的代码
}

修改EmailWriter类和TestInterface2（形成TestInterface3）类时，尤其需要注意的是EmailWriter类的静态方法writeEmail(Email email)中的形参不再是EmailInterface接口，而是Email类，否则无法在writeEmail方法中调用PortInterface接口的方法，不过这样做属于非面向接口编程，不提倡。类似地，TestInterface3代码中声明email对象时，也从EmailInterface接口调整成Email类。具体代码如下。

import java.util.Scanner;
//定义邮件作者类
class EmailWriter 
{
    //定义写邮件的静态方法，形参是Email类（非面向接口编程）
    //形参不能是EmailInterface接口，否则无法调用PortInterface接口的方法
    public static void writeEmail(Email email) 
    {
        Scanner input = new Scanner(System.in);        
        System.out.print("请输入发送端口号：");
        email.setSendPort(input.nextInt());
        System.out.print("请输入接收端口号：");
        email.setReceivePort(input.nextInt());
        System.out.print("请输入发信者邮箱：");
        email.setSendAdd(input.next());
        System.out.print("请输入收信者邮箱：");
        email.setReceiveAdd(input.next());
        System.out.print("请输入邮件主题：");
        email.setEmailTitle(input.next());
        System.out.print("请输入邮件内容：");
        email.writeEmail(input.next());
    }
}
public class TestInterface3 
{
    public static void main(String[] args) 
    {
        //创建并实例化一个Email类的对象email
        Email email = new Email();
        //调用EmailWriter的静态方法writeEmail写邮件
        EmailWriter.writeEmail(email);
        //调用Email类的showEmail()方法（不是接口方法）
        email.showEmail();
    }
}

程序运行结果如图9.11所示。

图9.11 实现多个接口的类

（4）接口可以继承其他接口，实现接口合并的功能。

在刚才的代码中，让一个类实现了多个接口，但是再调用这个类的时候，形参就必须是这个类，而不能是该类实现的某个接口，这样做就不是面向接口编程，程序的多态性得不到充分的体现。接下来在刚才例子的基础上，用接口继承的方式解决这个问题。

EmailInterface类的代码如下。

//定义电子邮件接口，继承自PortInterface接口
public interface EmailInterface extends PortInterface 
{
    //设置发信者邮箱
    public void setSendAdd(String add);
    //设置收信者邮箱
    public void setReceiveAdd(String add);
    //设置邮件主题
    public void setEmailTitle(String title);
    //设置邮件内容
    public void writeEmail(String email);
}

PortInterface接口、Email类的代码不用调整，EmailWriter类和测试类TestInterface3中的声明为Email的类，改回为EmailInterface接口的声明，这样的程序又恢复了面向接口编程的特性，可以实现多态性。

9.2.4 接口的应用

在接口的应用中，有一个非常典型的案例，就是实现打印机系统的功能。在打印机系统中，有打印机对象，有墨盒对象（可以是黑白墨盒，也可以是彩色墨盒），有纸张对象（可以是A4纸，也可以是B5纸）。怎么能让打印机、墨盒和纸张这些生产厂商生产的各自不同的设备，组装在一起成为打印机，却能正常打印呢？解决的办法就是接口。

打印机系统开发的主要步骤如下。

（1）打印机和墨盒之间需要接口，定义为墨盒接口PrintBox，打印机和纸张之间需要接口，定义为纸张接口PrintPaper。

（2）定义打印机类，引用墨盒接口PrintBox和纸张接口PrintPaper，实现打印功能。

（3）定义黑白墨盒和彩色墨盒实现墨盒接口PrintBox，定义A4纸和B5纸实现纸张接口PrintPaper。

（4）编写打印系统，调用打印机实施打印功能。

PrintBox和PrintPaper接口的代码如下。

//墨盒接口
public interface PrintBox {
    //得到墨盒颜色，返回值为墨盒颜色
    public String getColor();
    }
    //纸张接口
public interface PrintPaper {
    //得到纸张尺寸，返回值为纸张尺寸
    public String getSize();
}

打印机类Printer的代码如下。

//打印机类
public class Printer{     
    //使用墨盒在纸张上打印
    public void print(PrintBox box,PrintPaper paper){
        System.out.println("正在使用" + box.getColor() + "墨盒在" + paper.getSize() + "纸张上打印！");
    }
}

黑白墨盒类GrayPrintBox和彩色墨盒类ColorPrintBox的代码如下。

//黑白墨盒，实现了墨盒接口
public class GrayPrintBox implements PrintBox {
    //实现getColor()方法，得到“黑白”
    public String getColor() {
        return "黑白";
    }
}
//彩色墨盒，实现了墨盒接口
public class ColorPrintBox implements PrintBox {
    //实现getColor()方法，得到“彩色”
    public String getColor() {
        return "彩色";
    }
}

A4纸类A4Paper和B5纸类B5Paper的代码如下。

//A4纸张，实现了纸张接口
public class A4Paper implements PrintPaper {
    //实现getSize()方法，得到“A4”
    public String getSize() {
        return "A4";
    }
}
//B5纸张，实现了纸张接口
public class B5Paper implements PrintPaper {
    //实现getSize()方法，得到“B5”
    public String getSize() {
        return "B5";
    }
}

编写打印系统，代码如下，程序运行结果如图9.12所示。

public class TestPrinter {
    public static void main(String[] args) {
        PrintBox box = null;                       //墨盒
        PrintPaper paper = null;                  //纸张
        Printer printer = new Printer();       //打印机
        //使用彩色墨盒在B5纸上打印
        box = new ColorPrintBox();
        paper = new B5Paper();                  
        printer.print(box, paper);
        //使用黑白墨盒在A4纸上打印
        box = new GrayPrintBox();
        paper = new A4Paper();        
        printer.print(box, paper);                
    }
}

图9.12 打印系统接口的实现