Java学习笔记之二十一抽象类在Java继承中的用法小结

Posted 2020-10-03 Angel_Kitty

一、抽象类的基本概念

普通类是一个完善的功能类，可以直接产生实例化对象，并且在普通类中可以包含有构造方法、普通方法、static方法、常量和变量等内容。而抽象类是指在普通类的结构里面增加抽象方法的组成部分。

那么什么叫抽象方法呢？在所有的普通方法上面都会有一个“{}”，这个表示方法体，有方法体的方法一定可以被对象直接使用。而抽象方法，是指没有方法体的方法，同时抽象方法还必须使用关键字abstract做修饰。

而拥有抽象方法的类就是抽象类，抽象类要使用abstract关键字声明。

范例：定义一个抽象类

1 abstract class A{//定义一个抽象类
2 
3     public void fun(){//普通方法
4         System.out.println("存在方法体的方法");
5     }
6 
7     public abstract void print();//抽象方法，没有方法体，有abstract关键字做修饰
8 
9 }

二、抽象类的使用

我们先看范例。
范例：直接实例化抽象类的对象

 1 abstract class A{//定义一个抽象类
 2 
 3     public void fun(){//普通方法
 4         System.out.println("存在方法体的方法");
 5     }
 6 
 7     public abstract void print();//抽象方法，没有方法体，有abstract关键字做修饰
 8 
 9 }
10 
11 public class TestDemo {
12 
13     public static void main(String[] args) {
14         A a = new A();
15     }
16 }

运行：

Exception in thread "main" java.lang.Error: Unresolved compilation problem: 
    Cannot instantiate the type A

    at com.wz.abstractdemo.TestDemo.main(TestDemo.java:15)

从上可知，A是抽象的，无法直接进行实例化操作。为什么不能直接实例化呢？当一个类实例化之后，就意味着这个对象可以调用类中的属性或者放过了，但在抽象类里存在抽象方法，而抽象方法没有方法体，没有方法体就无法进行调用。既然无法进行方法调用的话，又怎么去产生实例化对象呢。

抽象类的使用原则如下：
（1）抽象方法必须为public或者protected（因为如果为private，则不能被子类继承，子类便无法实现该方法），缺省情况下默认为public；
（2）抽象类不能直接实例化，需要依靠子类采用向上转型的方式处理；
（3）抽象类必须有子类，使用extends继承，一个子类只能继承一个抽象类；
（4）子类（如果不是抽象类）则必须覆写抽象类之中的全部抽象方法（如果子类没有实现父类的抽象方法，则必须将子类也定义为为abstract类。）；

范例：

 1 abstract class A{//定义一个抽象类
 2 
 3     public void fun(){//普通方法
 4         System.out.println("存在方法体的方法");
 5     }
 6 
 7     public abstract void print();//抽象方法，没有方法体，有abstract关键字做修饰
 8 
 9 }
10 //单继承
11 class B extends A{//B类是抽象类的子类，是一个普通类
12 
13     @Override
14     public void print() {//强制要求覆写
15         System.out.println("Hello World !");
16     }
17 
18 }
19 public class TestDemo {
20 
21     public static void main(String[] args) {
22         A a = new B();//向上转型
23 
24         a.fun();//被子类所覆写的过的方法
25     }
26 }

运行结果：

Hello World !

现在就可以清楚的发现：
（1）抽象类继承子类里面有明确的方法覆写要求，而普通类可以有选择性的来决定是否需要覆写；
（2）抽象类实际上就比普通类多了一些抽象方法而已，其他组成部分和普通类完全一样；
（3）普通类对象可以直接实例化，但抽象类的对象必须经过向上转型之后才可以得到。

虽然一个类的子类可以去继承任意的一个普通类，可是从开发的实际要求来讲，普通类尽量不要去继承另外一个普通类，而是去继承抽象类。

三、抽象类的使用限制

（1）抽象类中有构造方法么？
由于抽象类里会存在一些属性，那么抽象类中一定存在构造方法，其存在目的是为了属性的初始化。
并且子类对象实例化的时候，依然满足先执行父类构造，再执行子类构造的顺序。

范例如下：

 1 abstract class A{//定义一个抽象类
 2 
 3     public A(){
 4         System.out.println("*****A类构造方法*****");
 5     }
 6 
 7     public abstract void print();//抽象方法，没有方法体，有abstract关键字做修饰
 8 
 9 }
10 //单继承
11 class B extends A{//B类是抽象类的子类，是一个普通类
12 
13     public B(){
14         System.out.println("*****B类构造方法*****");
15     }
16 
17     @Override
18     public void print() {//强制要求覆写
19         System.out.println("Hello World !");
20     }
21 
22 }
23 public class TestDemo {
24 
25     public static void main(String[] args) {
26         A a = new B();//向上转型
27     }
28 
29 }

执行结果：

*****A类构造方法*****
*****B类构造方法*****

（2）抽象类可以用final声明么？
不能，因为抽象类必须有子类，而final定义的类不能有子类；

（3）抽象类能否使用static声明？
先看一个关于外部抽象类的范例：

 1 static abstract class A{//定义一个抽象类
 2 
 3     public abstract void print();
 4 
 5 }
 6 
 7 class B extends A{
 8 
 9     public void print(){
10         System.out.println("**********");
11     }
12 }
13 public class TestDemo {
14 
15     public static void main(String[] args) {
16         A a = new B();//向上转型
17         a.print();
18     }
19 
20 }

执行结果

Exception in thread "main" java.lang.Error: Unresolved compilation problem: 
    Illegal modifier for the class A; only public, abstract & final are permitted

    at com.wz.abstractdemo.A.<init>(TestDemo.java:3)
    at com.wz.abstractdemo.B.<init>(TestDemo.java:9)
    at com.wz.abstractdemo.TestDemo.main(TestDemo.java:18)

再看一个关于内部抽象类：

 1 abstract class A{//定义一个抽象类
 2 
 3     static abstract class B{//static定义的内部类属于外部类
 4         public abstract void print();
 5     }
 6 
 7 }
 8 
 9 class C extends A.B{
10 
11     public void print(){
12         System.out.println("**********");
13     }
14 }
15 public class TestDemo {
16 
17     public static void main(String[] args) {
18         A.B ab = new C();//向上转型
19         ab.print();
20     }
21 
22 }

执行结果：

**********

由此可见，外部抽象类不允许使用static声明，而内部的抽象类运行使用static声明。使用static声明的内部抽象类相当于一个外部抽象类，继承的时候使用“外部类.内部类”的形式表示类名称。

（4）可以直接调用抽象类中用static声明的方法么？
任何时候，如果要执行类中的static方法的时候，都可以在没有对象的情况下直接调用，对于抽象类也一样。
范例如下：

 1 abstract class A{//定义一个抽象类
 2 
 3     public static void print(){
 4         System.out.println("Hello World !");
 5     }
 6 
 7 }
 8 
 9 public class TestDemo {
10 
11     public static void main(String[] args) {
12         A.print();
13     }
14 
15 }

运行结果：

Hello World !

（5）有时候由于抽象类中只需要一个特定的系统子类操作，所以可以忽略掉外部子类。这样的设计在系统类库中会比较常见，目的是对用户隐藏不需要知道的子类。
范例如下：

 1 abstract class A{//定义一个抽象类
 2     public abstract void print();
 3 
 4     private static class B extends A{//内部抽象类子类
 5 
 6         public void print(){//覆写抽象类的方法
 7             System.out.println("Hello World !");
 8         }
 9     }
10 
11     //这个方法不受实例化对象的控制
12     public static A getInstance(){
13         return new B();
14     }
15 
16 }
17 
18 public class TestDemo {
19 
20     public static void main(String[] args) {
21 
22         //此时取得抽象类对象的时候完全不需要知道B类这个子类的存在
23         A a = A.getInstance();
24         a.print();
25     }
26 }

运行结果：

Hello World !

四、抽象类的应用——模板设计模式

例如，现在有三类事物：
（1）机器人：充电，工作；
（2）人：吃饭，工作，睡觉；
（3）猪：进食，睡觉。
现要求实现一个程序，可以实现三种不同事物的行为。

先定义一个抽象行为类：

 1 public abstract class Action{
 2 
 3     public static final int EAT = 1 ;
 4     public static final int SLEEP = 3 ;
 5     public static final int WORK = 5 ;
 6 
 7     public abstract void eat();
 8     public abstract void sleep();
 9     public abstract void work();
10 
11     public void commond(int flags){
12       switch(flags){
13         case EAT:
14             this.eat();
15             break;
16         case SLEEP:
17             this.sleep();
18             break;
19         case WORK:
20             this.work();
21             break;
22         case EAT + SLEEP:
23             this.eat();
24             this.sleep();
25             break;
26         case SLEEP + WORK:
27             this.sleep();
28             this.work();
29             break;
30         default:
31             break;
32         }
33     }
34 }

定义一个机器人的类：

 1 public class Robot extends Action{
 2 
 3     @Override
 4     public void eat() {
 5         System.out.println("机器人充电");
 6 
 7     }
 8 
 9     @Override
10     public void sleep() {
11 
12     }
13 
14     @Override
15     public void work() {
16         System.out.println("机器人工作");
17 
18     }
19 
20 }

定义一个人的类：

 1 public class Human extends Action{
 2 
 3     @Override
 4     public void eat() {
 5         System.out.println("人吃饭");
 6 
 7     }
 8 
 9     @Override
10     public void sleep() {
11         System.out.println("人睡觉");
12 
13     }
14 
15     @Override
16     public void work() {
17         System.out.println("人工作");
18 
19     }
20 
21 }

定义一个猪的类：

 1 public class Pig extends Action{
 2 
 3     @Override
 4     public void eat() {
 5         System.out.println("猪进食");
 6 
 7     }
 8 
 9     @Override
10     public void sleep() {
11         System.out.println("猪睡觉");
12 
13     }
14 
15     @Override
16     public void work() {
17 
18 
19     }
20 
21 }

测试主类：

 1 public class AbstractDemo {
 2 
 3     public static void main(String[] args) {
 4 
 5         fun(new Robot());
 6 
 7         fun(new Human());
 8 
 9         fun(new Pig());
10 
11     }
12 
13     public static void fun(Action act){
14         act.commond(Action.EAT);
15         act.commond(Action.SLEEP);
16         act.commond(Action.WORK);
17     }
18 
19 }

运行结果：

机器人充电
机器人工作
人吃饭
人睡觉
人工作
猪进食
猪睡觉

所有的子类如果要想正常的完成操作，必须按照指定的方法进行覆写才可以，而这个时候抽象类所起的功能就是一个类定义模板的功能。