Java实验8《抽象类和接口》

本是古典何须时尚 2021-11-23 02:16 334阅读 0赞

#### 一、实验目的 ####

1.  设计和使用抽象类
2.  定义接口以及实现接口的类
3.  理解接口继承和多态

#### 二、实验内容 ####

1.  （P455，13.1）【三角形类】设计一个扩展自抽象类GeometriObject的新的Triangle类。绘制Triangle类和GeometricObject类的UML图并实现Triangle类。编写一个测试程序，提示用户输入三角形的三条边、一种颜色以及一个表明该三角形是否填充的布尔值。程序应该根据用户的输入，使用这些边以及颜色和是否填充的信息，创建一个Triangle对象。程序应该显示面积、周长、颜色以及真或者假来表明是否被填充。

** 1.1 UML图**  
![Alt][]

** 1.2 程序代码：**  
（1）program1源程序

//program1源程序
    import java.util.Scanner;
    
    public class program1 { 
         public static void main(String[] args){ 
    	Scanner input = new Scanner(System.in);
    	boolean continueInput = true;
    		
    	while(continueInput){ 
    	    //输入三角形的三条边
    	    System.out.print("请输入三角形的三条边长：");
    	    double side1 = input.nextDouble();
    	    double side2 = input.nextDouble();
    	    double side3 = input.nextDouble();
      //判断三条边是否构成三角形，能够成则继续，反之则重新输入
    	   if((side1+side2>side3) && (side1+side3>side2) && (side2+side3>side1)){ 
    		//输入三角形的颜色
    		System.out.print("请输入三角形的颜色：");
    		String color = input.next();
    		//输入三角形是否填充
    System.out.print("请输入三角形是否被填充（true为1/false为0）：");
    		int fill = input.nextInt();
    				
    		GeometricObject triangle = new Triangle(side1, side2, side3);
    		triangle.setColor(color);
          boolean filled;
          if(fill==0)
                filled=false;
           else
                filled=true;
    		triangle.setFilled(filled);
    		System.out.println(triangle.toString());
    		continueInput = false;
    	   }
    	   else
    	System.out.println("输入有误，这三条边不能构成一个三角形。\n");
    	}//while结束
         }//main方法结束
    }//class结束

（2）Triangle类程序

//Triangle类程序
    public class Triangle extends GeometricObject { 
    	private double side1;
    	private double side2;
    	private double side3;
    	
        //创建无参构造方法 
        public Triangle(){ 
             side1 = 1.0;
             side2 = 1.0;
             side3 = 1.0;
        }
        
        public Triangle(double side1, double side2, double side3){ 
            this.side1 = side1;
            this.side2 = side2;
            this.side3 = side3;
       }
        
        public double getSide1(){ 
            return side1;
       }
        
        public double getSide2(){ 
            return side1;
       }
       
        public double getSide3(){ 
            return side1;
       }
       
        public void setSide1(double side1){ 
        	this.side1=side1;
        }
        
        public void setSide2(double side2){ 
        	this.side2=side2;
        }
        
        public void setSide3(double side3){ 
        	this.side3=side3;
        }
        
        public double getArea(){ 
            //平均边长s
            double s = ( side1 + side2 + side3 ) / 2.0;
            //计算面积
            return Math.sqrt( s * (s-side1) * (s-side2) * (s-side3) );
        }//getArea结束
     
        public double getPerimeter(){ 
          return side1+side2+side3;
        }
        
        @Override
        public String toString(){ 
            return "\narea: " + getArea() + "\tperimeter: " + getPerimeter()
             + "\ncolor: " + super.getColor() + "\tfilled: " + super.isFilled();
       }
    }//Triangle类结束

（3）GeometricObject类源程序

//GeometricObject类源程序
    public abstract class GeometricObject { 
    	private String color = "white";
    	private boolean filled;
    	private java.util.Date dateCreated;
    	  
    	//无参构造函数
    	protected GeometricObject(){ 
    	dateCreated = new java.util.Date();
    	}        
    	          
    	protected GeometricObject(String color, boolean filled){ 
    		dateCreated = new java.util.Date();
    	    this.color = color;
    	    this.filled = filled;
    	}
    	          
    	public String getColor(){ 
    	    return color;
    	}
    
    	public void setColor(String color){ 
    	    this.color = color;
        }
    	           
    	public boolean isFilled(){ 
    	     return filled;
        }
    	    
    	public void setFilled(boolean filled){ 
    	     this.filled = filled;
    	}
    
    	public java.util.Date getDateCreated(){ 
    	     return dateCreated;
    	}
    
    	@Override
    	public String toString(){ 
    	      return "created on " + dateCreated + "\ncolor: " + color +
    	              " and filled: " + filled;
    	}
    	
    	public abstract double getArea();
    
    	public abstract double getPerimeter();
    }//GeometricObject类结束

**  1.3 运行结果与分析：**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM5NTY0NTU1_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
    运行正确，符合要求，提示用户输入三角形的三条边、一种颜色以及一个表明该三角形是否填充的布尔值。程序显示面积、周长、颜色以及真或者假来表明是否被填充。

**  1.4 心得体会：**  
    此程序为抽象类的基本运用，注意UML图中抽象类名与抽象方法使用斜体表示，父类中定义抽象方法，子类中实现抽象方法即可，其他操作与一般类一样。

--------------------

1.  （P456, 13.6）【ComparableCircle类】创建名为ComparableCircle的类，它继承自Circle类，并实现Comparable接口。画出UML图并实现compareTo方法，使其根据面积比较两个圆。编写一个测试程序求出ComparableCircle对象的两个实例中的较大者。

** 2.1 UML图**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM5NTY0NTU1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

** 2.2 程序代码：**  
（1）program2源程序：

//program2源程序：
    import java.util.Scanner;
    public class program2{ 
        public static void main (String[] args){ 
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        
        //输入两个圆的半径
        System.out.print("请输入两个圆的半径：");
        double radius1 = input.nextDouble();
        double radius2 = input.nextDouble();
    
        //创建两个圆
        ComparableCircle circle1 = new ComparableCircle(radius1);
        ComparableCircle circle2 = new ComparableCircle(radius2);
        int compara = circle1.comparaTo(circle2);
    
        //比较两个圆的面积大小，输出结果
        if(compara > 0)
            System.out.println("circle1 > circle2");
        else if(compara == 0)
            System.out.println("circle1 = circle2");
        else
            System.out.println("circle1 < circle2");
        }    
    }//class结束

（2）ComparableCircle类源程序：

//ComparableCircle类源程序
    public class ComparableCircle extends Circle
          implements Comparable<ComparableCircle> { 
    
         public ComparableCircle(double radius){ 
            super(radius);
         }
    
         //实现comparaTo方法
         public int comparaTo(ComparableCircle o){ 
             if(getArea() > o.getArea())
                  return 1;
             else if(getArea() == o.getArea())
                  return 0;
             else
                  return -1;
         }
    }//calss结束

（3）接口Comparable源程序：

//接口Comparable源程序
    public interface Comparable<ComparableCircle>{ 
         public int comparaTo(ComparableCircle o);
    }

（4）Circle类源程序：

//Circle类源程序
    public class Circle{ 
        public static final double PI = 3.14159;
        private double radius;
    
        public Circle(){ 
            radius=1.0;
        }
    
        public Circle(double radius){ 
             this.radius=radius;
        }
    
        public double getRadius(){ 
            return radius;
        }
    
        public void setRadius(double radius){ 
            this.radius=radius;
        }
    
        public double getArea(){ 
            return PI*radius*radius;
        }
    
        public double getPerimeter(){ 
           return PI*radius*2;
        }
    }//class结束

**  2.3 运行结果与分析：**  
![Alt][Alt 1]  
    运行正确，符合题目要求，比较给定半径的两个实例圆，输出较大者。

**  2.4 心得体会：**  
    此程序是接口的初步运用，最主要是几个类之间的调用关系要分清楚，以及接口中只有抽象方法的定义，抽象方法实现在具体类中。

--------------------

1.  （P456,13.7）【可着色接口Colorable】设计一个名为Colorable的接口，其中有名为howToColor()的void方法。可着色对象的每个类必须实现Colorable接口。设计一个扩展GeometricObject类并实现Colorable接口的名为Square的类。实现howToColor方法，显示消息“给所有的四条边着色”。  
    画出包含Colorable、Square和GeometricObject的UML图。编写一个测试程序，创建有五个GeometricObject对象的数组。对于数组中的每个对象而言，如果对象是可着色的，那就调用howToColor方法。

** 3.1 UML图**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM5NTY0NTU1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

** 3.2 程序代码：**  
（1）program3的源程序：

//program3的源程序
    public class program3{ 
        public static void main(String[] args){ 
            //创建有五个GeometricObject对象的数组
            GeometricObject[] geometricObject = { new Circle(), 
    new Square(),  new Rectangle(),  new Square(),  new Triangle()};
         //判断每个对象是否可着色，可以着色则调用howToColor方法
            for(int i=0; i<geometricObject.length; i++){ 
                if(geometricObject[i] instanceof Colorable){ 
                    System.out.print("geometricObject " + (i+1) + " : ");
                   ((Colorable)geometricObject[i]).howToColor();
                }
            }
        }//main结束
    }//class结束
    
    class Circle extends GeometricObject{ 
        private double radius;
     
        //无参构造方法
        public Circle(){ 
    
        }
    }
    
    class Triangle extends GeometricObject{ 
         private double side1, side2, side3;
    
         //无参构造方法
         public Triangle(){ 
             
         }
    }
    
    class Rectangle extends GeometricObject{ 
         private double width, height;
    
         //无参构造方法
         public Rectangle(){ 
             
         }
    }

（2）Square类的源程序：

//Square类的源程序
    public class Square extends GeometricObject 
          implements Colorable{ 
          private double sideLength;
          //无参构造方法
          public Square(){ 
                sideLength=1.0;
          }
          //含参构造方法
          public Square(double sideLength){ 
               this.sideLength = sideLength;
          }
    
          public void howToColor(){ 
              System.out.println("给所有的四条边长着色");
          }
    
          public double getSideLength(){ 
              return sideLength;
          }
    
          public void setSideLength(double sideLength){ 
              this.sideLength = sideLength;
          }
    }//class结束

（3）Colorable接口的源程序：

//Colorable接口的源程序
    public interface Colorable{ 
         public void howToColor();
    }

（4）GeometricObject类的源程序：

//GeometricObject类的源程序
    public class GeometricObject { 
    	private String color = "white";
    	private boolean filled;
    	private java.util.Date dateCreated;
    	  
    	//无参构造函数
    	protected GeometricObject(){ 
    	dateCreated = new java.util.Date();
    	}        
    	          
    	protected GeometricObject(String color, boolean filled){ 
    		dateCreated = new java.util.Date();
    	    this.color = color;
    	    this.filled = filled;
    	}
    	          
    	public String getColor(){ 
    	    return color;
    	}
    
    	public void setColor(String color){ 
    	    this.color = color;
        }
    	           
    	public boolean isFilled(){ 
    	     return filled;
        }
    	    
    	public void setFilled(boolean filled){ 
    	     this.filled = filled;
    	}
    
    	public java.util.Date getDateCreated(){ 
    	     return dateCreated;
    	}
    	@Override
    	public String toString(){ 
    	      return "created on " + dateCreated + "\ncolor: " + color +
    	              " and filled: " + filled;
    	}
    }//GeometricObject类结束

**  3.3 运行结果与分析：**  
![在这里插入图片描述][20190725155137466.png]  
    运行正确，符合要求，对于数组中的每个对象而言，如果对象是可着色的，那就调用howToColor方法。数组geometricObject中的五个对象分别是Circle, Square, Rectangle,Square, Triangle，其中只有对象Square可着色，所以程序运行结果显示数组中的第2个对象和第4个对象可着色，调用howToColor方法，显示消息。

**  3.4 心得体会：**  
    此程序是接口的进一步使用，接口内定义howToColor方法，Square内实现howToColor方法，主程序判断对象是否可着色再确定是否调用。其他即为类的简单使用。

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1.  【附加题，可选做】【找出最大的对象】编写一个方法，返回对象数组中最大的对象。方法签名如下：  
    public static Object max(Comparable\[\] a)  
    所有对象都是Comparable接口的实例。对象在数组中的顺序是由compareTo方法决定的。  
    编写测试程序，创建一个由10个字符串构成的数组，一个由10个整数构成的数组和一个由10个日期构成的数组，找出数组中最大的字符串、整数和日期。

**4.1 程序代码：**

import java.util.Date;  
    import java.text.SimpleDateFormat;
    import java.lang.Comparable;
    
    public class program4{ 
         public static void main(String[] args){ 
            String[] a = { "apple","pear","banana","orange","anna",
                          "spring","summer","autumn", "winter","date"};
            Integer[] b = { 1, 8, 5, 4, 2, 3, 9, 7, 6, 2};
     //Date中年月日表示为 年：理想年-1900 月：理想月-1 日：理想日
            Date date1 = new Date(2018-1900, 6-1, 16);
            Date date2 = new Date(2019-1900, 5-1, 26);
            Date date3 = new Date(2008-1900, 8-1, 8);
            Date date4 = new Date(2009-1900, 7-1, 9);
            Date date5 = new Date(2001-1900, 4-1, 3);
            Date date6 = new Date(2015-1900, 9-1, 17);
            Date date7 = new Date(2020-1900, 12-1, 21);
            Date date8 = new Date(2013-1900, 11-1, 11);
            Date date9 = new Date(2002-1900, 2-1, 2);
            Date date10 = new Date(2014-1900, 1-1, 28);
            Date[] c = { date1, date2, date3, date4, date5,
                      date6, date7, date8, date9, date10}; 
            //规范日期输出形式为：年-月-日
            SimpleDateFormat ft = new SimpleDateFormat ("yyyy-MM-dd");
    
            //输出三个数组
            System.out.print("String: ");
            for(String e: a)
                System.out.print(e + " ");
            System.out.print("\nInteger: ");
            for(Integer e: b)
                System.out.print(e + " ");
            System.out.print("\nDate: ");
            //每行5个日期
            for(int i=0; i<c.length; i++){ 
                if( (i+1) % 5 == 0){ 
                   System.out.println( ft.format(c[i]) + " ");
                   System.out.print(" ");
                }               
                else
                   System.out.print( ft.format(c[i]) + " ");
            }
            //调用max方法，输出每个数组的最大值
            System.out.println("\nMax of String : " + max(a));
            System.out.println("Max of Integer : " + max(b));
            System.out.println("Max of Date : " + ft.format(max(c)) );
         }//main方法结束
    
         public static Object max(Comparable[] a){ 
              Comparable max = null;
        //先判断每个数组类型，再用comparaTo依次比较选择出最大值
              if(a[0] instanceof String){ 
                  max = (String)a[0];
                  for(int i=1; i<a.length; i++){ 
                     if(max.compareTo((String) a[i]) < 0)
                         max = (String)a[i];
                  }
              }
              else if(a[0] instanceof Integer){ 
                  max = (Integer)a[0];
                  for(int i=1; i<a.length; i++){ 
                     if(max.compareTo((Integer) a[i]) < 0)
                         max = (Integer)a[i];
                  }
              }
              else if(a[0] instanceof Date){ 
                  max = (Date)a[0];
                  for(int i=1; i<a.length; i++){ 
                     if(max.compareTo((Date) a[i]) < 0)
                         max = (Date)a[i];
                  }
             }
             return max;
         }//max方法结束
    
    }//class结束

**4.2 运行结果：**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM5NTY0NTU1_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
  程序运行正确，符合输出要求，编译过程有点小问题（解释见心得体会），创建三个不同类型（字符串、整数和日期）的数组，调用max方法求最大值。

**4.3 心得体会：**  
  此程序为主要为Comparable接口的应用，创建三个数组，调用max方法，用instanceof确定数组类型，再用for循环与compareTo方法比较确定最大值，max中需注意数组中元素使用时的及时转换。  
编译过程中的问题1：使用已过时API，部分截图见下，Date数组中元素的创建时使用的自定义日期方法已过时。所以为了满足题目要求而使用，不影响程序运行。  
![在这里插入图片描述][20190725155518580.png]  
编译过程中的问题2：使用未经检查的操作，部分截图见下，max方法中判断数组类型时只是使用第一个元素进行判定，其他元素未判定。但是，程序在创建数组已确定数组中所有元素均为同一类型，所以此处忽略后续元素的判定，不影响程序运行。  
![在这里插入图片描述][20190725155532460.png]

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[Alt]: /images/20211122/3b8cd7157a5743a48a67955736f762ec.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM5NTY0NTU1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20211122/cdf78a84f56947e38b187656e996d12d.png
[Alt 1]: /images/20211122/42d7458fa88a40da9cc7abd0b5756c1f.png
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[20190725155137466.png]: /images/20211122/baeea080d84a44088ea48d665c39d76d.png
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[20190725155518580.png]: /images/20211122/5e52eac9f127429fa34feeea4ee4c5eb.png
[20190725155532460.png]: /images/20211122/751bb558f9024dab8b660ed4fd388239.png