|
|
Kierunek Informatyka
|
|||
|
|
||||
Instrukcja do ćwiczeń
laboratoryjnych nr:
|
7
|
Nazwa
przedmiotu:
|
||
Temat:
Interfejsy w Javie
|
Tryb studiów: stacjonarne |
|||
|
Czas trwanie ćw. 2x45 min |
||||
|
Autor materiałów: dr Marcin Skuba |
||||
1. Treści programowe:
Programowanie
obiektowe, interfejsy deklaracja i
wykorzystanie
2. Cel zajęć:
Zrozumienie zasad
tworzenia i wykorzystania interfejsów. Zrozumienie istniejącej różnicy pomiędzy
interfejsem a klasą abstrakcyjną.
3. Materiały
dydaktyczne:
Interfejs w Javie to kontrakt,
czyli zbiór metod abstrakcyjnych, które definiują zachowanie, jakie klasa musi
zaimplementować. Sam interfejs nie zawiera implementacji metod, a jedynie ich
sygnatury. Można to sobie wyobrazić jako schemat, który mówi: "każdy, kto
używa tego interfejsu, musi mieć te konkretne metody".
Klasa używa
interfejsu za pomocą słowa kluczowego implements.
Klasa, która implementuje interfejs, jest zobowiązana do dostarczenia
implementacji dla wszystkich metod zadeklarowanych w tym interfejsie. Jedna
klasa może implementować wiele interfejsów, co pozwala na osiągnięcie efektu wielodziedziczenia zachowań.
·
W Javie, interfejs może
mieć następujące składowe:
1.
Metody abstrakcyjne
Są
to metody bez ciała (implementacji). Klasa, która implementuje interfejs, musi
dostarczyć implementację dla każdej z tych metod. Są one domyślnie publiczne i abstrakcyjne.
2.
Metody domyślne (default)
Zostały
wprowadzone w Javie 8. Mają one ciało (implementację) i pozwalają na dodawanie
nowych metod do interfejsu bez łamania kodu w klasach, które go już
implementują. Mogą (ale nie muszą) być nadpisywane przez klasy implementujące.
3.
Metody statyczne
Również
wprowadzone w Javie 8. Mają ciało, ale są związane z samym interfejsem, a nie z
jego obiektami. Można je wywoływać bezpośrednio na interfejsie i nie mogą być
nadpisywane.
4.
Stałe (final fields)
Zmienne
w interfejsach są domyślnie publiczne, statyczne i finalne. Muszą
być zainicjalizowane w momencie deklaracji i nie można zmienić ich wartości.
5.
Metody prywatne
Dodane
w Javie 9. Służą do hermetyzowania wspólnej logiki wewnątrz interfejsu, którą
można współdzielić między metodami default i
statycznymi.
·
Wykorzystanie interfejsu przez zwykłą implementacje
·
Wykorzystanie interfejsu przez implementacje za pomocą
klas anonimowych
W poniższym programie
zamiast oddzielnych klas Pies i Kot, zaimplementowano interfejs Zwierze za pomocą klas anonimowych. To podejście jest
przydatne, gdy potrzebujesz jednorazowej implementacji interfejsu bez tworzenia
pełnoprawnej klasy.
·
Przykład deklaracji
interfejsu z wszystkimi możliwymi składowymi
·
Podstawowe różnice pomiędzy interfejsem a klasą
abstrakcyjną:
Klasy abstrakcyjne i
interfejsy to dwa kluczowe mechanizmy w Javie do tworzenia abstrakcyjnych typów
danych. Chociaż oba służą do definiowania kontraktu, czyli zbioru metod, które
muszą być zaimplementowane przez klasy dziedziczące, mają kilka istotnych różnic.
Główne różnice
- Typy składowych:
- Klasy abstrakcyjne mogą
zawierać zarówno metody abstrakcyjne (bez ciała), jak i metody z pełną
implementacją. Mogą też mieć pola (zmienne instancyjne) oraz statyczne i
finalne pola.
- Interfejsy w starszych
wersjach Javy mogły mieć tylko metody abstrakcyjne. Od Javy 8 mogą
zawierać również metody domyślne (default),
statyczne i prywatne. Pola w interfejsach są domyślnie public, static i final.
- Dziedziczenie i implementacja:
- Klasa może dziedziczyć
tylko po jednej klasie abstrakcyjnej (extends).
- Klasa może implementować
wiele interfejsów (implements).
- Klasy nie mogą dziedziczyć
interfejsów (
extends).
- Konstruktory:
- Klasy abstrakcyjne mogą
mieć konstruktory. Służą one do inicjalizowania
pól w klasie abstrakcyjnej, a konstruktor klasy podrzędnej musi jawnie
wywołać konstruktor klasy nadrzędnej (super()).
- Interfejsy nie mogą mieć
konstruktorów.
- Cel użycia:
- Klasy abstrakcyjne są
używane, gdy potrzebujesz zdefiniować "jest-jak" (ang. is-a)
relację w hierarchii klas, a także dostarczyć częściową implementację. Na
przykład, Samochód i Rower mogą dziedziczyć po abstrakcyjnej klasie
Pojazd, a Pojazd dostarcza ogólną metodę przyspieszaj(), którą każda
klasa implementuje inaczej.
- Interfejsy są używane, gdy
chcesz zdefiniować "potrafi" (ang. can-do)
relację. Określają one zbiór zachowań, które klasa musi zaimplementować.
Na przykład, klasa Samochód może implementować interfejsy OdtwarzaczMuzyki i ZasilanyPaliwem,
pokazując, jakie funkcje "potrafi" wykonywać.
Klasy abstrakcyjne
najlepiej sprawdzają się w hierarchiach, gdzie klasy podrzędne mają wspólne
cechy i zachowania z klasą nadrzędną.
Interfejsy są
natomiast bardziej elastyczne i pozwalają na wielodziedziczenie
zachowań, niezależnie od hierarchii klas.
Od wersji Java 8
interfejsy przestały być "czysto abstrakcyjne". Istnieją trzy rodzaje
metod, które nie są abstrakcyjne:
|
Typ metody |
Czy jest abstrakcyjna? |
Czy musi mieć ciało {}? |
|
Standardowa |
Tak (domyślnie) |
Nie |
|
Default |
Nie |
Tak |
|
Static |
Nie |
Tak |
|
Private |
Nie |
Tak |
Kiedy stosować
klasę abstrakcyjną?
·
Warto
jej użyć, gdy Twoje klasy mają mieć wspólny stan (te same pola, np. protected String name) lub gdy
chcesz wymusić konkretną ścieżkę inicjalizacji obiektu poprzez konstruktor.
Kiedy stosować
interfejs?
·
Gdy
chcesz zdefiniować możliwość lub "umowę" (np. Comparable, Serializable, Runnable). Pozwala to na większą elastyczność, bo klasa
może być np. jednocześnie Pojazdem (extends) i być Naprawialna
oraz Sprzedawalna (implements).
4. Zadania
Zadanie 1.
System płatności
Stwórz interfejs Platnosc z metodą dokonajPlatnosci(double kwota). Następnie utwórz dwie klasy: KartaKredytowa i Blik, które implementują ten interfejs. W
każdej klasie metoda dokonajPlatnosci() powinna
wyświetlić informację o tym, jak płatność została przetworzona (np.
"Płatność BLIKiem na kwotę ... zł została
zrealizowana."). Na koniec, w metodzie main,
utwórz listę płatności i przejdź przez nią, realizując płatność dla każdego z
obiektów.
Zadanie 2.
Odtwarzacz multimediów
Stwórz interfejs Odtwarzacz
z metodami: play(), stop(), pauza(). Utwórz dwie
klasy: OdtwarzaczMp3 i OdtwarzaczWideo, które
implementują ten interfejs. Każda z nich powinna wyświetlić odpowiedni
komunikat dla każdej metody (np. "Odtwarzam plik mp3" lub
"Wstrzymuję odtwarzanie wideo"). Pokaż, jak można użyć polimorfizmu,
przypisując obiekty do zmiennych typu Odtwarzacz i wywołując na nich metody.
Zadanie 3. System rezerwacji biletów
Zaprojektuj interfejs
Rezerwacja z metodami zarezerwujMiejsce(int numerMiejsca) i anulujRezerwacje(int numerMiejsca). Następnie utwórz dwie klasy, które go
implementują: RezerwacjaKinowa i RezerwacjaTeatralna.
Dodaj do interfejsu metodę domyślną sprawdzDostepnosc()
zwracającą true. W klasie RezerwacjaTeatralna
nadpisz tę metodę tak, aby zawsze zwracała false
(symulacja braku miejsc).
Zadanie 4. Kreator raportów
Utwórz interfejs Raportowalny z metodą generujRaport().
Zaimplementuj ten interfejs w trzech różnych klasach, które nie są ze sobą
powiązane, np.: DaneSprzedazy, WynikiAnkiety
i LogiSerwera. Każda klasa powinna mieć swoje własne
pola i w metodzie generujRaport() wyświetlać
podsumowanie tych danych. Pokaż, jak możesz przechowywać obiekty wszystkich
trzech klas w jednej liście typu List<Raportowalny>.
Zadanie 5. Symulator komunikacji
Stwórz interfejs Komunikator
z metodami odbierzWiadomosc() i wyslijWiadomosc(String
wiadomosc). Dodaj do niego metodę statyczną ustawSiec(String siec). Zaimplementuj ten interfejs w
klasach Telefon i Komputer. W metodzie main, utwórz
obiekty obu klas i pokaż, jak można wywołać metody odbierzWiadomosc()
i wyslijWiadomosc() na każdym z nich, a także jak
wywołać metodę statyczną bezpośrednio na interfejsie.
Zadanie 6.
System zarządzania smart-urządzeniami
Opis: Zaprojektuj i zaimplementuj
system do zarządzania urządzeniami w inteligentnym domu, takimi jak żarówki czy
głośniki.
- Interfejs Urządzenie:
- Metoda abstrakcyjna: Zadeklaruj metodę włącz(), która nie
będzie miała implementacji.
- Metoda domyślna: Zadeklaruj metodę wyłącz(), która
wewnątrz wyświetli komunikat "Urządzenie wyłącza się.".
- Metoda statyczna: Zadeklaruj metodę sprawdzZgodnosc(String
typUrządzenia), która będzie sprawdzać, czy
dany typ urządzenia jest obsługiwany w systemie. Metoda powinna zwracać true dla "żarówka" i "głośnik", a
dla pozostałych false.
- Stała: Zadeklaruj stałą PRODUCENT o wartości
"SmartHome Inc.".
- Metoda prywatna: Zadeklaruj prywatną metodę dziennikZdarzen(String zdarzenie), która będzie
wyświetlać logi, np. "Zdarzenie zarejestrowane: [zdarzenie]".
Użyj tej metody w metodzie domyślnej wyłącz().
- Klasa SmartZarowka:
- Implementacja: Zaimplementuj interfejs Urządzenie.
- Nadpisanie: Zaimplementuj metodę włącz() tak, aby
wyświetlała komunikat "Żarówka włącza się i emituje światło.".
- Klasa Main:
- Wywołanie: W metodzie main
utwórz obiekt SmartZarowka.
- Użycie składowych:
- Wywołaj metodę włącz().
- Wywołaj metodę wyłącz().
- Wywołaj metodę statyczną sprawdzZgodnosc() bezpośrednio na interfejsie
Urządzenie (przetestuj zarówno poprawne, jak i niepoprawne typy).
- Wyświetl wartość stałej
PRODUCENT, odwołując się do niej przez nazwę interfejsu.
- Zauważ, że metoda prywatna
dziennikZdarzen() jest używana tylko wewnątrz
interfejsu i nie można jej wywołać bezpośrednio z klasy Main.
Pamiętaj, że w klasie
SmartZarowka musisz zaimplementować tylko metodę
abstrakcyjną. Pozostałe metody z interfejsu są już gotowe do użycia!