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_zoo\                   ← 第 1 题的包
    │   ├─ Animal.java             ← 抽象父类
    │   ├─ Lion.java               ← 子类
    │   ├─ Penguin.java            ← 子类
    │   ├─ Parrot.java             ← 子类
    │   └─ ZooGuide.java           ← 测试类（多态 + instanceof）
    ├─ p2_smarthome\             ← 第 2 题的包
    │   ├─ SmartDevice.java        ← 接口
    │   ├─ Light.java              ← 实现类
    │   ├─ AirConditioner.java     ← 实现类
    │   ├─ RobotVacuum.java        ← 实现类
    │   └─ SmartHomeController.java ← 测试类
    └─ p3_computer\              ← 第 3 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：多态 + 转型 + instanceof——动物园导游系统 ⭐⭐⭐

包名：p1_zoo

知识点：多态、向上转型/向下转型、instanceof 运算符、抽象类、调用子类特有方法

需求说明

某动物园需要开发一个导游讲解系统。动物园里有多种动物，每种动物都有共同的行为（进食、睡觉），也有各自的特有行为（有的会吼叫、有的会游泳、有的会模仿说话）。导游需要根据不同动物类型进行不同的讲解。

请使用 抽象父类 + 多态 + instanceof + 向下转型 来设计。

类设计

Animal 抽象类（父类）

成员	说明
私有属性	`name`（名称，String）、`age`（年龄，int）
构造方法	`Animal(String name, int age)`
抽象方法	`void eat()`
抽象方法	`void sleep()`
普通方法	`void showInfo()` —— 输出 `"动物：xxx，年龄：xxx岁"`

Lion 类（狮子——继承 Animal）

成员	说明
构造方法	`Lion(String name, int age)`
重写 `eat()`	输出 `"狮子 xxx 正在吃肉..."`
重写 `sleep()`	输出 `"狮子 xxx 在洞穴里睡觉..."`
特有 `roar()`	输出 `"狮子 xxx 发出吼叫：嗷呜～～"`

Penguin 类（企鹅——继承 Animal）

成员	说明
构造方法	`Penguin(String name, int age)`
重写 `eat()`	输出 `"企鹅 xxx 正在吃鱼..."`
重写 `sleep()`	输出 `"企鹅 xxx 站着睡觉..."`
特有 `swim()`	输出 `"企鹅 xxx 在水中游泳..."`

Parrot 类（鹦鹉——继承 Animal）

成员	说明
私有属性	`vocabulary`（词汇量，int）
构造方法	`Parrot(String name, int age, int vocabulary)`
重写 `eat()`	输出 `"鹦鹉 xxx 正在啄食谷物..."`
重写 `sleep()`	输出 `"鹦鹉 xxx 挂在树枝上睡觉..."`
特有 `imitate()`	输出 `"鹦鹉 xxx 模仿人类说话：你好！词汇量：xxx个"`

测试类要求

ZooGuide 类：

创建动物数组：Animal[] 数组，包含至少 4 种动物

Animal a1 = new Lion("辛巴", 5);
Animal a2 = new Penguin("乐乐", 2);
Animal a3 = new Parrot("小彩虹", 1, 50);
Animal a4 = new Lion("娜娜", 4);

遍历执行通用行为：调用每个元素的 showInfo()、eat()、sleep()
遍历执行特有行为：使用 instanceof 判断类型后向下转型
- Lion → roar()
- Penguin → swim()
- Parrot → imitate()

思考题

为什么 Animal 要设计为抽象类？用普通父类可以吗？
如果不用 instanceof 直接向下转型，传入 Penguin 时强转为 (Lion) 会怎样？
如果新增 Elephant 类，需要修改 ZooGuide 吗？这符合什么设计原则？

预期输出

========== 动物园导游系统 ==========
动物：辛巴，年龄：5岁
狮子 辛巴 正在吃肉...
狮子 辛巴 在洞穴里睡觉...
狮子 辛巴 发出吼叫：嗷呜～～

动物：乐乐，年龄：2岁
企鹅 乐乐 正在吃鱼...
企鹅 乐乐 站着睡觉...
企鹅 乐乐 在水中游泳...

动物：小彩虹，年龄：1岁
鹦鹉 小彩虹 正在啄食谷物...
鹦鹉 小彩虹 挂在树枝上睡觉...
鹦鹉 小彩虹 模仿人类说话：你好！词汇量：50个

动物：娜娜，年龄：4岁
狮子 娜娜 正在吃肉...
狮子 娜娜 在洞穴里睡觉...
狮子 娜娜 发出吼叫：嗷呜～～

第 2 题：接口多态——智能家居控制系统 ⭐⭐⭐

包名：p2_smarthome

知识点：接口定义、implements 实现接口、接口多态、多态参数、多态数组

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 3 题：内部类——计算机硬件体系 ⭐⭐⭐

包名：p3_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	动物园导游系统	抽象类、多态、向上转型/向下转型、instanceof、调用子类特有方法	⭐⭐⭐
第 2 题	智能家居控制系统	接口多态、多态参数、多态数组、开闭原则	⭐⭐⭐
第 3 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：多态 + 转型 + instanceof——动物园导游系统 ⭐⭐⭐

需求说明

类设计

Animal 抽象类（父类）

Lion 类（狮子——继承 Animal）

Penguin 类（企鹅——继承 Animal）

Parrot 类（鹦鹉——继承 Animal）

测试类要求

思考题

预期输出

第 2 题：接口多态——智能家居控制系统 ⭐⭐⭐

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 3 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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