2026-07-24 JavaSE 课后作业

课程内容：多态（Polymorphism）、多态中的转型（向上转型/向下转型）、instanceof 运算符、抽象类与多态结合、接口多态案例（USB + 笔记本）、内部类（成员内部类/静态成员内部类/局部内部类）

涉及前序知识：继承、抽象类、接口、封装、构造方法、方法重写

提交方式：在 提交\姓名\ 目录下创建对应的 Java 源文件

截止时间：下次上课前

📌 本次作业重要说明

命名要求

项目	要求
包名	必须按题目指定的包名创建（全小写）
类名	自由命名，但需见名知意
测试类	建议命名为 `TestXxx` 或 `XxxTest`
文件名	必须与类名一致

提交目录结构示例

提交\
└─ 张三\
    ├─ p1_smarthome\             ← 第 1 题的包
    │   ├─ SmartDevice.java        ← 接口
    │   ├─ Light.java              ← 实现类（特有：调色）
    │   ├─ AirConditioner.java     ← 实现类（特有：定时）
    │   ├─ RobotVacuum.java        ← 实现类（特有：清洁模式）
    │   └─ SmartHomeController.java ← 测试类（多态 + instanceof + 向下转型）
    └─ p2_computer\              ← 第 2 题的包
        ├─ Computer.java           ← 外部类（含内部类）
        └─ TestComputer.java       ← 测试类

⚠ 注意：包名必须严格按题目要求书写（全小写），目录结构必须与包结构一致。

第 1 题：接口多态 + 转型 + instanceof——智能家居控制系统 ⭐⭐⭐

包名：p1_smarthome

知识点：接口定义与实现、接口多态（参数/数组）、向上转型、向下转型、instanceof 运算符、调用实现类特有方法、开闭原则

需求说明

开发一个智能家居控制系统。不同家电的开关方式和运行逻辑不同，但都遵循统一的控制规范：打开 → 运行 → 关闭。此外，每种家电还有各自的特有功能（灯可以调色、空调可以定时、扫地机器人有不同清洁模式）。

请使用 接口多态 + instanceof + 向下转型 来设计，要求：

控制器通过接口类型操作所有设备（多态）
通过 instanceof 判断设备类型后向下转型，调用特有功能

接口设计

SmartDevice 接口

方法	说明
`void turnOn()`	打开设备
`void doWork()`	执行工作
`void turnOff()`	关闭设备

实现类要求

Light 类（灯——实现 SmartDevice）

成员	说明
私有属性	`location`（位置，String，如 "客厅" / "卧室"）
构造方法	`Light(String location)`
实现 `turnOn()`	输出 `"xxx 的灯已打开"`
实现 `doWork()`	输出 `"xxx 的灯照明中..."`
实现 `turnOff()`	输出 `"xxx 的灯已关闭"`
特有方法	`void changeColor(String color)` —— 输出 `"xxx 的灯光变为 xxx 色"`

AirConditioner 类（空调——实现 SmartDevice）

成员	说明
私有属性	`roomName`（房间名，String）、`temperature`（温度，int）
构造方法	`AirConditioner(String roomName, int temperature)`
实现 `turnOn()`	输出 `"xxx 空调已打开，设定温度：xxx℃"`
实现 `doWork()`	输出 `"xxx 空调制冷中，当前室温正降至 xxx℃..."`
实现 `turnOff()`	输出 `"xxx 空调已关闭"`
特有方法	`void setTimer(int hours)` —— 输出 `"xxx 空调已设置 xxx 小时后自动关闭"`

RobotVacuum 类（扫地机器人——实现 SmartDevice）

成员	说明
私有属性	`model`（型号，String）、`batteryLevel`（电量，int，百分比）
构造方法	`RobotVacuum(String model, int batteryLevel)`
实现 `turnOn()`	输出 `"扫地机器人 xxx 已启动，当前电量：xxx%"`
实现 `doWork()`	输出 `"扫地机器人 xxx 开始清扫地面..."`
实现 `turnOff()`	输出 `"扫地机器人 xxx 已完成清扫，自动关闭"`
特有方法	`void startCleaningMode(String mode)` —— 输出 `"扫地机器人 xxx 已切换到 xxx 模式开始清扫"`（mode 如 "强力" / "静音" / "边缘"）

测试类要求

SmartHomeController 类（测试类，含 main 方法）：

创建设备数组：创建一个 SmartDevice[] 数组，包含至少 5 个设备

SmartDevice light1 = new Light("客厅");
SmartDevice ac = new AirConditioner("主卧", 26);
SmartDevice robot = new RobotVacuum("石头T10", 80);
SmartDevice light2 = new Light("书房");
SmartDevice ac2 = new AirConditioner("次卧", 24);

遍历数组，执行通用工作流程：对每个设备依次调用 turnOn() → doWork() → turnOff()
遍历数组，执行特有功能：使用 instanceof 判断设备类型后向下转型，调用特有方法：
- 如果是 Light → 向下转型 → 调用 changeColor("暖黄")
- 如果是 AirConditioner → 向下转型 → 调用 setTimer(4)（4 小时）
- 如果是 RobotVacuum → 向下转型 → 调用 startCleaningMode("强力")
编写静态方法 startDevice(SmartDevice device, int seconds)：
- 调用 device.turnOn()
- 输出 "设备工作中，请等待" + seconds + "秒..."
- 调用 device.doWork()
- 使用 instanceof 判断类型后向下转型，调用特有方法（与第 3 步逻辑相同）
- 调用 device.turnOff()
- 在 main 中传入不同类型设备调用此方法

思考题

方法参数 SmartDevice device 能传入哪些类型的对象？调用 device.changeColor() 行吗？为什么？
如果新增一个 SmartSpeaker（智能音箱）实现 SmartDevice，SmartHomeController 需要修改哪些代码？是否符合"开闭原则"？
如果将 SmartDevice 改为抽象类而不是接口，设计上会有什么不同？还能实现"一个类实现多个规范"吗？

预期输出

========== 智能家居启动 ==========
客厅的灯已打开
客厅的灯照明中...
客厅的灯已关闭
客厅的灯光变为暖黄色

主卧空调已打开，设定温度：26℃
主卧空调制冷中，当前室温正降至 26℃...
主卧空调已关闭
主卧空调已设置 4 小时后自动关闭

扫地机器人 石头T10 已启动，当前电量：80%
扫地机器人 石头T10 开始清扫地面...
扫地机器人 石头T10 已完成清扫，自动关闭
扫地机器人 石头T10 已切换到 强力 模式开始清扫

书房的灯已打开
书房的灯照明中...
书房的灯已关闭
书房的灯光变为暖黄色

次卧空调已打开，设定温度：24℃
次卧空调制冷中，当前室温正降至 24℃...
次卧空调已关闭
次卧空调已设置 4 小时后自动关闭

========== 测试 startDevice 方法 ==========
客厅的灯已打开
设备工作中，请等待10秒...
客厅的灯照明中...
客厅的灯光变为暖黄色
客厅的灯已关闭

提示：

在 main 中调用 startDevice 时，可以直接传入数组中的元素，如 controller.startDevice(devices[0], 10);

instanceof 判断的是运行时类型，不是编译时类型

特有方法只能通过向下转型后的子类引用调用，父类/接口引用无法直接调用

需求说明

开发一个智能家居控制系统。不同家电的开关方式和运行逻辑不同，但都遵循统一的控制规范：打开 → 运行 → 关闭。

请使用 接口多态 来设计，要求控制器不依赖具体家电类型。

类设计

SmartDevice 接口

方法	说明
`void turnOn()`	打开设备
`void doWork()`	执行工作
`void turnOff()`	关闭设备

Light 类（灯——实现 SmartDevice）

成员	说明
私有属性	`location`（位置，String，如 "客厅" / "卧室"）
构造方法	`Light(String location)`
实现 `turnOn()`	输出 `"xxx 的灯已打开"`
实现 `doWork()`	输出 `"xxx 的灯照明中..."`
实现 `turnOff()`	输出 `"xxx 的灯已关闭"`

AirConditioner 类（空调——实现 SmartDevice）

成员	说明
私有属性	`roomName`（房间名，String）、`temperature`（温度，int）
构造方法	`AirConditioner(String roomName, int temperature)`
实现 `turnOn()`	输出 `"xxx 空调已打开，设定温度：xxx℃"`
实现 `doWork()`	输出 `"xxx 空调制冷中，当前室温正降至 xxx℃..."`
实现 `turnOff()`	输出 `"xxx 空调已关闭"`

RobotVacuum 类（扫地机器人——实现 SmartDevice）

成员	说明
私有属性	`model`（型号，String）、`batteryLevel`（电量，int，百分比）
构造方法	`RobotVacuum(String model, int batteryLevel)`
实现 `turnOn()`	输出 `"扫地机器人 xxx 已启动，当前电量：xxx%"`
实现 `doWork()`	输出 `"扫地机器人 xxx 开始清扫地面..."`
实现 `turnOff()`	输出 `"扫地机器人 xxx 已完成清扫，自动关闭"`

测试类要求

SmartHomeController 类：

创建设备数组：SmartDevice[] 数组，包含至少 4 个设备

SmartDevice light1 = new Light("客厅");
SmartDevice ac = new AirConditioner("主卧", 26);
SmartDevice robot = new RobotVacuum("石头T10", 80);
SmartDevice light2 = new Light("书房");

遍历执行工作流程：对每个设备依次调用 turnOn() → doWork() → turnOff()
编写静态方法 startDevice(SmartDevice device, int seconds)：
- 调用 device.turnOn()
- 输出 "设备工作中，请等待" + seconds + "秒..."
- 调用 device.doWork()
- 调用 device.turnOff()
- 在 main 中用不同类型设备调用该方法

思考题

方法参数 SmartDevice device 可以传入哪些类型的对象？这体现了多态的什么好处？
如果新增 SmartSpeaker 实现 SmartDevice，控制器需要修改吗？
对比课堂 NoteBook.useUsb(Usb usb) 案例，设计思路有什么相似之处？

预期输出

========== 智能家居启动 ==========
客厅的灯已打开
客厅的灯照明中...
客厅的灯已关闭

主卧空调已打开，设定温度：26℃
主卧空调制冷中，当前室温正降至 26℃...
主卧空调已关闭

扫地机器人 石头T10 已启动，当前电量：80%
扫地机器人 石头T10 开始清扫地面...
扫地机器人 石头T10 已完成清扫，自动关闭

书房的灯已打开
书房的灯照明中...
书房的灯已关闭

========== 测试 startDevice 方法 ==========
客厅的灯已打开
设备工作中，请等待10秒...
客厅的灯照明中...
客厅的灯已关闭

第 2 题：内部类——计算机硬件体系 ⭐⭐⭐

包名：p2_computer

知识点：成员内部类、私有内部类、内部类访问外部类私有成员、外部类通过方法暴露内部类

需求说明

一台计算机由多个硬件组成，如 CPU（处理器） 和内存。这些硬件只能作为计算机的一部分存在，不能脱离计算机单独使用。同时，CPU 有自己的属性和行为，内存也有自己的属性和行为。

请使用 内部类 来设计这个计算机硬件体系。

类设计

Computer 类（外部类）

成员	说明
私有属性	`brand`（品牌，String）、`model`（型号，String）
构造方法	`Computer(String brand, String model)`
方法	`void showInfo()` —— 输出 `"计算机：xxx 品牌：xxx"`
方法	`void startComputer()` —— 输出启动信息，依次调用 CPU 和 Memory 的方法
方法	`CPU getCPU()` —— 返回 CPU 对象
方法	`Memory getMemory()` —— 返回 Memory 对象

CPU 内部类（成员内部类——不私有化）

成员	说明
私有属性	`name`（型号，String）、`frequency`（主频，double）
构造方法	`CPU(String name, double frequency)`
方法	`void calculate()` —— 输出 `"计算机 xxx xxx 的 CPU xxx（xxx GHz）正在计算..."`（访问外部类私有属性）
方法	`void showCPUInfo()` —— 输出 `"CPU：xxx，主频：xxx GHz"`

Memory 内部类（私有内部类）

成员	说明
私有属性	`capacity`（容量，int，单位 GB）
构造方法	`Memory(int capacity)`
方法	`void readData()` —— 输出 `"内存（xxx GB）正在读取数据..."`
方法	`void writeData()` —— 输出计算机信息 + `"内存（xxx GB）正在写入数据..."`（调用外部类 `showInfo()`）

测试类要求

TestComputer 类：

创建 Computer 对象（"联想", "ThinkPad X1"），构造方法中创建 CPU（"酷睿 i7", 3.2）和 Memory（16）
调用 computer.showInfo()
通过 computer.getCPU() 获取 CPU，调用 showCPUInfo() 和 calculate()
尝试直接创建 Memory 对象（应编译报错，验证私有内部类限制）
通过 computer.getMemory() 获取 Memory，调用 readData() 和 writeData()

调用 computer.startComputer() 完整启动流程

// 这行应编译报错——Memory 是 Computer 的私有内部类
// Memory mem = new Memory(16);  // ❌

思考题

为什么 Memory 要设计为 private 内部类？如果改为非私有会怎样？
CPU 内部类直接访问外部类 private 属性，这说明了内部类的什么特点？
如果将 CPU 改为 static class CPU，还能直接访问外部类的 brand 和 model 吗？为什么？

预期输出

========== 计算机信息 ==========
计算机：ThinkPad X1 品牌：联想

========== 获取 CPU ==========
CPU：酷睿 i7，主频：3.2 GHz
计算机 联想 ThinkPad X1 的 CPU 酷睿 i7（3.2 GHz）正在计算...

========== 获取内存 ==========
内存（16 GB）正在读取数据...
计算机：ThinkPad X1 品牌：联想
内存（16 GB）正在写入数据...

========== 启动计算机 ==========
计算机启动中...
计算机 联想 ThinkPad X1 的 CPU 酷睿 i7（3.2 GHz）正在计算...
内存（16 GB）正在读取数据...

📋 题目总览

题号	名称	核心知识点	难度
第 1 题	智能家居控制系统	接口多态、向上转型/向下转型、instanceof、调用实现类特有方法、开闭原则	⭐⭐⭐
第 2 题	计算机硬件体系	成员内部类、私有内部类、内部类访问外部类私有成员	⭐⭐⭐

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2026-07-24 JavaSE 课后作业

📌 本次作业重要说明

命名要求

提交目录结构示例

第 1 题：接口多态 + 转型 + instanceof——智能家居控制系统 ⭐⭐⭐

需求说明

接口设计

SmartDevice 接口

实现类要求

Light 类（灯——实现 SmartDevice）

AirConditioner 类（空调——实现 SmartDevice）

RobotVacuum 类（扫地机器人——实现 SmartDevice）

测试类要求

思考题

预期输出

需求说明

类设计

SmartDevice 接口

Light 类（灯——实现 SmartDevice）

AirConditioner 类（空调——实现 SmartDevice）

RobotVacuum 类（扫地机器人——实现 SmartDevice）

测试类要求

思考题

预期输出

第 2 题：内部类——计算机硬件体系 ⭐⭐⭐

需求说明

类设计

Computer 类（外部类）

CPU 内部类（成员内部类——不私有化）

Memory 内部类（私有内部类）

测试类要求

思考题

预期输出

📋 题目总览

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