java抽象类与接口

Posted 2022-07-15 渴望知识的哈士奇

1. 抽象类

1.1 抽象类概念

在面向对象的概念中，所有的对象都是通过类来描绘的，但是反过来，并不是所有的类都是用来描绘对象的，如果一 个类中没有包含足够的信息来描绘一个具体的对象，这样的类就是抽象类

1.2 抽象类语法

在Java中，一个类如果被 abstract 修饰称为抽象类，抽象类中被 abstract 修饰的方法称为抽象方法，抽象方法不 用给出具体的实现体

// 抽象类：被abstract修饰的类
public abstract class Shape 
// 抽象方法：被abstract修饰的方法，没有方法体
abstract public void draw();
abstract void calcArea();
// 抽象类也是类，也可以增加普通方法和属性
public double getArea()
return area;
 p
rotected double area; // 面积

注意：抽象类也是类，内部可以包含普通方法和属性，甚至构造方法

1.2.1. 抽象类不能直接实例化对象

Shape shape = new Shape();
// 编译出错
Error:(30, 23) java: Shape是抽象的; 无法实例化

1.2.2. 抽象方法不能是 private 的

abstract class Shape 
abstract private void draw();
 /
/ 编译出错
Error:(4, 27) java: 非法的修饰符组合: abstract和private

注意：抽象方法没有加访问限定符时，默认是public

1.2.3. 抽象方法不能被final和static修饰，因为抽象方法要被子类重写

public abstract class Shape 
abstract final void methodA();
abstract public static void methodB();
 /
/ 编译报错：
// Error:(20, 25) java: 非法的修饰符组合: abstract和final
// Error:(21, 33) java: 非法的修饰符组合: abstract和static

1.2.4. 抽象类必须被继承，并且继承后子类要重写父类中的抽象方法，否则子类也是抽象类，必须要使用 abstract 修饰

// 矩形类
public class Rect extends Shape 
private double length;
private double width;
Rect(double length, double width)
this.length = length;
this.width = width;
 p
ublic void draw()
System.out.println("矩形: length= "+length+" width= " + width);
 p
ublic void calcArea()
area = length * width;

 /
/ 圆类：
public class Circle extends Shape
private double r;
final private static double PI = 3.14;
public Circle(double r)
this.r = r;
 p
ublic void draw()
System.out.println("圆：r = "+r);
 p
ublic void calcArea()
area = PI * r * r;

 /
/ 三角形类：
public abstract class Triangle extends Shape 
private double a;
private double b;
private double c;
@Override
public void draw() 
System.out.println("三角形：a = "+a + " b = "+b+" c = "+c);
 /
/ 三角形：直角三角形、等腰三角形等，还可以继续细化
//@Override
//double calcArea(); // 编译失败：要么实现该抽象方法，要么将三角形设计为抽象类

1.2.5. 抽象类中不一定包含抽象方法，但是有抽象方法的类一定是抽象类 6. 抽象类中可以有构造方法，供子类创建对象时，初始化父类的成员变量

1.3 抽象类的作用

抽象类本身不能被实例化, 要想使用, 只能创建该抽象类的子类. 然后让子类重写抽象类中的抽象方法. 有些同学可能会说了, 普通的类也可以被继承呀, 普通的方法也可以被重写呀, 为啥非得用抽象类和抽象方法呢? 确实如此. 但是使用抽象类相当于多了一重编译器的校验. 使用抽象类的场景就如上面的代码, 实际工作不应该由父类完成, 而应由子类完成. 那么此时如果不小心误用成父类了, 使用普通类编译器是不会报错的. 但是父类是抽象类就会在实例化的时候提示错误, 让我们尽早发现问题. 很多语法存在的意义都是为了 "预防出错", 例如我们曾经用过的 final 也是类似. 创建的变量用户不去修改, 不就 相当于常量嘛? 但是加上 final 能够在不小心误修改的时候, 让编译器及时提醒我们. 充分利用编译器的校验, 在实际开发中是非常有意义的

2.接口

2.1.接口定义

接口就是公共的行为规范标准，大家在实现时，只要符合规范标准，就可以通用。 在Java中，接口可以看成是：多个类的公共规范，是一种引用数据类型。 接口的定义格式与定义类的格式基本相同，将class关键字换成 interface 关键字，就定义了一个接口。

public interface 接口名称
// 抽象方法
public abstract void method1(); // public abstract 是固定搭配，可以不写
public void method2();
abstract void method3();
void method4();
// 注意：在接口中上述写法都是抽象方法，跟推荐方式4，代码更简洁

提示:

1. 创建接口时, 接口的命名一般以大写字母 I 开头.

   2. 接口的命名一般使用 "形容词" 词性的单词.
2. 阿里编码规范中约定, 接口中的方法和属性不要加任何修饰符号, 保持代码的简洁性

2.2.接口使用

接口不能直接使用，必须要有一个"实现类"来"实现"该接口，实现接口中的所有抽象方法

public class 类名称 implements 接口名称
// ..

注意：子类和父类之间是extends 继承关系，类与接口之间是 implements 实现关系

// USB接口
public interface USB 
void openDevice();
void closeDevice();
 /
/ 鼠标类，实现USB接口
public class Mouse implements USB 
@Override
public void openDevice() 
System.out.println("打开鼠标");
 @
Override
public void closeDevice() 
System.out.println("关闭鼠标");
 p
ublic void click()
System.out.println("鼠标点击");

 /
/ 键盘类，实现USB接口
public class KeyBoard implements USB 
@Override
public void openDevice() 
System.out.println("打开键盘");
 @
Override
public void closeDevice() 
System.out.println("关闭键盘");
 p
ublic void inPut()
System.out.println("键盘输入");

 /
/ 笔记本类：使用USB设备
public class Computer 
public void powerOn()
System.out.println("打开笔记本电脑");
 p
ublic void powerOff()
System.out.println("关闭笔记本电脑");
 p
ublic void useDevice(USB usb)
usb.openDevice();
if(usb instanceof Mouse)
Mouse mouse = (Mouse)usb;
mouse.click();
else if(usb instanceof KeyBoard)
KeyBoard keyBoard = (KeyBoard)usb;
keyBoard.inPut();
 u
sb.closeDevice();

 /
/ 测试类：
public class TestUSB 
public static void main(String[] args) 
Computer computer = new Computer();
computer.powerOn();
// 使用鼠标设备
computer.useDevice(new Mouse());
// 使用键盘设备
computer.useDevice(new KeyBoard());
computer.powerOff();

2.3.接口特性

2.3.1. 接口类型是一种引用类型，但是不能直接new接口的对象

public class TestUSB 
public static void main(String[] args) 
USB usb = new USB();

 /
/ Error:(10, 19) java: day20210915.USB是抽象的; 无法实例化

2.3.2. 接口中每一个方法都是public的抽象方法, 即接口中的方法会被隐式的指定为 public abstract（只能是 public abstract，其他修饰符都会报错

public interface USB 
// Error:(4, 18) java: 此处不允许使用修饰符private
private void openDevice();
void closeDevice();

2.3.3. 接口中的方法是不能在接口中实现的，只能由实现接口的类来实现

public interface USB 
void openDevice();
// 编译失败：因为接口中的方式默认为抽象方法
// Error:(5, 23) java: 接口抽象方法不能带有主体
void closeDevice()
System.out.println("关闭USB设备");

2.3.4. 重写接口中方法时，不能使用default访问权限修饰

public interface USB 
void openDevice(); // 默认是public的
void closeDevice(); // 默认是public的
 p
ublic class Mouse implements USB 
@Override
void openDevice() 
System.out.println("打开鼠标");
 /
/ ...
 /
/ 编译报错，重写USB中openDevice方法时，不能使用默认修饰符
// 正在尝试分配更低的访问权限; 以前为public

2.3.5. 接口中可以含有变量，但是接口中的变量会被隐式的指定为 public static final 变量

public interface USB 
double brand = 3.0; // 默认被：final public static修饰
void openDevice();
void closeDevice();
 p
ublic class TestUSB 
public static void main(String[] args) 
System.out.println(USB.brand); // 可以直接通过接口名访问，说明是静态的
// 编译报错：Error:(12, 12) java: 无法为最终变量brand分配值
USB.brand = 2.0; // 说明brand具有final属性

2.3.6. 接口中不能有静态代码块和构造方法

public interface USB 
// 编译失败
public USB()
 
 // 编译失败
void openDevice();
void closeDevice();

2.3.7. 接口虽然不是类，但是接口编译完成后字节码文件的后缀格式也是.class

2.3.8. 如果类没有实现接口中的所有的抽象方法，则类必须设置为抽象类

2.3.9. jdk8中：接口中还可以包含default方法。

2.4.实现多个接口

在Java中，类和类之间是单继承的，一个类只能有一个父类，即Java中不支持多继承，但是一个类可以实现多个接 口。下面通过类来表示一组动物.

class Animal 
protected String name;
public Animal(String name) 
this.name = name;


interface IFlying 
void fly();
 i
nterface IRunning 
void run();
 i
nterface ISwimming 
void swim();

class Cat extends Animal implements IRunning 
public Cat(String name) 
super(name);
 @
Override
public void run() 
System.out.println(this.name + "正在用四条腿跑");


class Fish extends Animal implements ISwimming 
public Fish(String name) 
super(name);
 @
Override
public void swim() 
System.out.println(this.name + "正在用尾巴游泳");


class Frog extends Animal implements IRunning, ISwimming 
public Frog(String name) 
super(name);
 @
Override
public void run() 
System.out.println(this.name + "正在往前跳");
 @
Override
public void swim() 
System.out.println(this.name + "正在蹬腿游泳");

注意：一个类实现多个接口时，每个接口中的抽象方法都要实现，否则类必须设置为抽象类 上面的代码展示了 Java 面向对象编程中最常见的用法: 一个类继承一个父类, 同时实现多种接口 在Java中，类和类之间是单继承的，一个类可以实现多个接口，接口与接口之间可以多继承。即：用接口可以达到多 继承的目的。 接口可以继承一个接口, 达到复用的效果. 使用 extends 关键字

interface IRunning 
void run();
 
interface ISwimming 
void swim();

interface IAmphibious extends IRunning, ISwimming 

2.5.接口使用实例

//给对象数组排序  

class Student 
private String name;
private int score;
public Student(String name, int score) 
this.name = name;
this.score = score;
 @
Override
public String toString() 
return "[" + this.name + ":" + this.score + "]";


再给定一个学生对象数组, 对这个对象数组中的元素进行排序(按分数降序).
Student[] students = new Student[] 
new Student("张三", 95),
new Student("李四", 96),
new Student("王五", 97),
new Student("赵六", 92),
;
按照我们之前的理解, 数组我们有一个现成的 sort 方法, 能否直接使用这个方法呢?
Arrays.sort(students);
System.out.println(Arrays.toString(students));
// 运行出错, 抛出异常.
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Student cannot be cast to
java.lang.Comparable

仔细思考, 不难发现, 和普通的整数不一样, 两个整数是可以直接比较的, 大小关系明确. 而两个学生对象的大小关系怎
么确定? 需要我们额外指定.

让我们的 Student 类实现 Comparable 接口, 并实现其中的 compareTo 方法
class Student implements Comparable 
private String name;
private int score;
public Student(String name, int score) 
this.name = name;
this.score = score;
 @
Override
public String toString() 
return "[" + this.name + ":" + this.score + "]";
 @
Override
public int compareTo(Object o) 
Student s = (Student)o;
if (this.score > s.score) 
return -1;
 else if (this.score < s.score) 
return 1;
 else 
return 0;

在 sort 方法中会自动调用 compareTo 方法. compareTo 的参数是 Object , 其实传入的就是 Student 类型的对象.
然后比较当前对象和参数对象的大小关系(按分数来算).

1. 如果当前对象应排在参数对象之前, 返回小于 0 的数字;
2. 如果当前对象应排在参数对象之后, 返回大于 0 的数字;
3. 如果当前对象和参数对象不分先后, 返回 0;
   再次执行程序, 结果就符合预期了.
   // 执行结果
   [[王五:97], [李四:96], [张三:95], [赵六:92]]
   注意事项: 对于 sort 方法来说, 需要传入的数组的每个对象都是 "可比较" 的, 需要具备 compareTo 这样的能力. 通过
   重写 compareTo 方法的方式, 就可以定义比较规则.
   为了进一步加深对接口的理解, 我们可以尝试自己实现一个 sort 方法来完成刚才的排序过程(使用冒泡排序)

public static void sort(Comparable[] array) 
for (int bound = 0; bound < array.length; bound++) 
for (int cur = array.length - 1; cur > bound; cur--) 
if (array[cur - 1].compareTo(array[cur]) > 0) 
// 说明顺序不符合要求, 交换两个变量的位置
Comparable tmp = array[cur - 1];
array[cur - 1] = array[cur];
array[cur] = tmp;




再次执行代码
sort(students);
System.out.println(Arrays.toString(students));
// 执行结果
[[王五:97], [李四:96], [张三:95], [赵六:92]]