J260713/课后作业/2026年7月24日-作业.md

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

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📌 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）

⚠ 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。

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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）：

1. 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);
   

2. 遍历数组，执行通用工作流程：对每个设备依次调用 turnOn() → doWork() → turnOff()

3. 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")

4. 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

1. 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？
2. 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"？
3. 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：

1. 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");
   

2. 遍历执行工作流程：对每个设备依次调用 turnOn() → doWork() → turnOff()

3. 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

1. 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？
2. 如果新增 SmartSpeaker 实现 SmartDevice，控制器需要修改吗？
3. 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

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📋 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	⭐⭐⭐