• 【JavaSE】抽象类和接口


    目录

    1. 抽象类

        1.1 抽象类的概念

        1.2 抽象类语法

        1.3 抽象方法特性 

        1.4 抽象类的作用

    2. 接口

        2.1 接口的概念

        2.2 接口的语法规则

        2.3 接口的使用

        2.4 实现多个接口

        2.5 接口间的继承

        2.6 接口使用实例


    1. 抽象类

    1.1 抽象类的概念

    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。 

    在打印图形例子中(【JavaSE】关于多态那些事儿),我们发现,父类 Shape 中的 draw 方法好像并没有什么实际工作,主要的绘制图形都是由 Shape 的各种子类的 draw 方法来完成的。像这种没有实际工作的方法,我们可以把它设计成一个抽象方法(abstract method),包含抽象方法的类,我们称为抽象类(abstract class)。

    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。但是抽象类也是类,内部可以包含普通方法和属性,甚至构造方法:

    1. //抽象类,使用 abstract 修饰
    2. abstract class Shape{
    3. //抽象方法,使用 abstract 修饰
    4. public abstract void draw();
    5. abstract public void calcuArea();
    6. public double getArea(){
    7. return area;
    8. }
    9. public double area;
    10. public Shape(){
    11. }
    12. }

    如果一个普通类,继承了一个抽象类,而这个抽象类里存在抽象方法,那这个普通类就一定要重写抽象类里面的抽象方法,否则就会报错。又或者,可以把 Dog 类也写成 abstract 类。 

    1. public abstract class Animal {
    2. public String name;
    3. public int age;
    4. public Animal(String name, int age) {
    5. this.name = name;
    6. this.age = age;
    7. }
    8. public abstract void food();
    9. }
    10. class Dog extends Animal{
    11. public Dog(String name , int age){
    12. super(name,age);
    13. }
    14. public void food(){
    15. System.out.println(name+"吃狗粮~");
    16. }
    17. }

    1.3 抽象方法特性 

     抽象类的注意事项:

    1. 抽象类得使用 abstract 修饰

    2. 抽象类不能被实例化

    3. 抽象类中,可以有抽象方法,也可以包含非抽象方法,比如构造方法,供子类创建对象时,初        始化父类的成员变量。抽象方法是一个方法被 abstract 修饰,没有具体的方法体。只要包含          抽象方法,这个类必须是抽象类。

    4. 抽象类存在的意义就是为了被继承。而当一个普通类继承了一个抽象类,必须重写抽象类中的        抽象方法,否则子类也是抽象类,必须要使用 abstract 修饰

    5. 抽象方法是为了被重写,不能被 private 、final、static 修饰,不能是构造方法。所以抽象方法一定要满足重写的规则

    1.4 抽象类的作用

    由此,抽象类也可以实现多态的思想:

    1. public abstract class Shape {
    2. public abstract void draw();
    3. }
    4. class Circle extends Shape{
    5. public void draw(){
    6. System.out.println("⚪");
    7. }
    8. }
    9. class Triangle extends Shape{
    10. public void draw(){
    11. System.out.println("🔺");
    12. }
    13. }
    14. class Star extends Shape{
    15. public void draw(){
    16. System.out.println("⭐");
    17. }
    18. }
    1. public class Text {
    2. public static void drawMap(Shape shape){
    3. shape.draw();
    4. }
    5. public static void main(String[] args) {
    6. Circle circle = new Circle();
    7. Triangle triangle = new Triangle();
    8. Star star = new Star();
    9. Shape[] shapes = {circle,star,triangle,star};
    10. for (Shape shape:shapes) {
    11. shape.draw();
    12. }
    13. }
    14. }

     输出
            ⚪
            ⭐
            🔺
            ⭐

    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。

    这就不由让人有这么一个疑惑: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 ?

    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。

    2. 接口

    2.1 接口的概念

    电脑的USB口上,可以插:U盘、鼠标、键盘......所有符合 USB 协议的设备;电源插座插孔上,可以插:电脑、电视机、电饭煲......所有符合规范的设备。

    通过上述例子可以看出: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

    2.2 接口的语法规则

    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。

    1. public interface IShape {
    2. void drawshape();
    3. }

    接口的注意事项:

    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

    3. 接口类型是一种引用类型,接口有点像抽象类,因此不能直接 new 接口的对象,也就是接口不能实例化

    4. 接口中的成员,默认是 public static final 的,所以接口中的成员变量,都是静态的常量。而为了保持简洁,建议不写;另外可以注意到,如果把 public static final 写出来,在 IDEA 上,会是灰色字样。

     5. 接口中的方法,默认是 public abstract 的,但也只能是 public abstract,其他修饰符都会报错,也就是说,接口中的方法只能是抽象方法。同样为了保持代码的简洁性,建议不写。接口中甚至可以有 static 修饰的方法

    6. 接口中的方法不能有具体的实现,但是 JDK8 之后,可以有一个 default 修饰的默认方法,里面可以有具体的实现 

    1. public interface IShape {
    2. void drawshape();
    3. default void shake(){
    4. System.out.println("shake shake shake");//default 修饰,可以有具体的方法体
    5. }
    6. }

    7. 接口中不能有构造方法以及静态代码块(因为接口中的成员变量都是静态常量,不需要构造方法来初始化了)

     8. 接口不能直接使用,必须被类实现,使用关键字 implements,实现接口中的所有抽象方法。

    public class 类名称 implements 接口名称{

            ......

    }

    1. class Love implements IShape{
    2. @Override
    3. public void drawshape() {
    4. System.out.println("❤");
    5. }
    6. @Override
    7. public void shake() {
    8. System.out.println("nod nod nod ");
    9. }
    10. }
    11. class Star implements IShape{
    12. @Override
    13. public void drawshape() {
    14. System.out.println("✨");
    15. }
    16. @Override
    17. public void shake() {
    18. System.out.println("kick kick kick ");
    19. }
    20. }
    1. public class Text {
    2. public static void func(IShape shape){
    3. shape.drawshape();
    4. shape.shake();
    5. }
    6. public static void main(String[] args) {
    7. IShape shape = new Love(); //向上转型
    8. IShape shape1 = new Star();
    9. func(shape);
    10. func(shape1);
    11. }
    12. }

     由上述代码可以知道,接口可以发生向上转型,可以重写,可以动态绑定,也就可以多态了。

    9. 接口中,可以有 static 修饰的方法,此时就一定要有具体实现。

    1. public interface IShape {
    2. void drawshape();
    3. static void func(){
    4. System.out.println("Hello~Hello");
    5. }
    6. }
    7. public class Text {
    8. public static void main(String[] args) {
    9. IShape.func();
    10. }
    11. }

    10. 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

    1. public interface IUSB {
    2. void deviceOpen();
    3. void deviceClose();
    4. double size = 3.5; //默认为 public static final
    5. }

    11. 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

    12. 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 接口的使用

    请实现笔记本电脑使用USB鼠标、USB键盘的例子

    1. USB接口:包含打开设备、关闭设备功能

    2. 笔记本类:包含开机功能、关机功能、使用USB设备功能

    3. 鼠标类:实现USB接口,并具备点击功能

    4. 键盘类:实现USB接口,并具备输入功能

    1. //USB 接口
    2. public interface IUSB {
    3. void deviceOpen();
    4. void deviceClose();
    5. }
    6. //鼠标类
    7. public class Mouse implements IUSB{
    8. @Override
    9. public void deviceOpen() {
    10. System.out.println("鼠标连接");
    11. }
    12. @Override
    13. public void deviceClose() {
    14. System.out.println("弹出鼠标");
    15. }
    16. void click(){
    17. System.out.println("点~点~点~");
    18. }
    19. }
    20. //键盘类
    21. public class KeyBorad implements IUSB{
    22. @Override
    23. public void deviceOpen() {
    24. System.out.println("键盘连接");
    25. }
    26. @Override
    27. public void deviceClose() {
    28. System.out.println("键盘弹出");
    29. }
    30. void printKeyBorad(){
    31. System.out.println("键盘输入");
    32. }
    33. }
    34. //电脑类
    35. public class Computer {
    36. void open(){
    37. System.out.println("开机");
    38. }
    39. void close(){
    40. System.out.println("关机");
    41. }
    42. void useDevice(IUSB usb){
    43. usb.deviceOpen(); //动态绑定 -> 多态
    44. if(usb instanceof Mouse){
    45. Mouse mouse = (Mouse) usb; //向下转型
    46. mouse.click();
    47. }else if(usb instanceof KeyBorad){
    48. KeyBorad keyBorad = (KeyBorad) usb;
    49. keyBorad.printKeyBorad();
    50. }
    51. usb.deviceClose();
    52. }
    53. }
    54. //Text 类
    55. public class Text {
    56. public static void main(String[] args) {
    57. Computer computer = new Computer();
    58. IUSB usbM = new Mouse();
    59. computer.open();
    60. computer.useDevice(usbM);
    61. System.out.println("==========================");
    62. IUSB usbK = new KeyBorad();
    63. computer.useDevice(usbK);
    64. computer.close();
    65. // 也可以这样写,在传参的时候发生向上转型:
    66. // Mouse mouse = new Mouse();
    67. // Keyboard keyboard = new Keyboard();
    68. // computer.useDevice(mouse);
    69. // computer.useDevice(keyboard);
    70. }
    71. }

    我们还可以注意到一件事情,就是不管是鼠标类还是键盘类,里面的重写函数的访问权限都是 public 的,请问能不能写成其他的访问权限?

    答案是不能的。根据前问所学,我们知道,接口中的方法都是默认 public abstract 的,而重写的规则里明确规定了,重写方法的访问权限要大于等于被重写方法的访问权限,而如果被重写方法已经是 public 的了,那么重写方法的访问权限只能是 public !!

    所以这里可以得到接口注意事项的第十三条:

    13. 重写接口中方法时,只能使用 public 修饰

    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。

    下面请看一个动物类的例子:

    1. abstract public class Animal {
    2. public String name;
    3. public Animal(String name) {
    4. this.name = name;
    5. }
    6. }
    7. interface IRunning{
    8. void run();
    9. }
    10. interface IFlying{
    11. void fly();
    12. }
    13. interface ISwimming{
    14. void swim();
    15. }
    16. class Dog extends Animal implements IRunning{
    17. public Dog(String name) {
    18. super(name);
    19. }
    20. @Override
    21. public void run() {
    22. System.out.println(this.name + "正在跑步!");
    23. }
    24. }
    25. class Duck extends Animal implements IRunning,IFlying,ISwimming{
    26. public Duck(String name) {
    27. super(name);
    28. }
    29. @Override
    30. public void run() {
    31. System.out.println(this.name + "正撒丫子飞奔");
    32. }
    33. @Override
    34. public void fly() {
    35. System.out.println(this.name + "在飞~");
    36. }
    37. @Override
    38. public void swim() {
    39. System.out.println(this.name + "在游泳~");
    40. }
    41. }
    42. class Robot implements IRunning{
    43. public String name;
    44. public Robot(String name) {
    45. this.name = name;
    46. }
    47. @Override
    48. public void run() {
    49. System.out.println(this.name + "机器人在跑步");
    50. }
    51. }
    52. //Text 类
    53. public class Text {
    54. public static void walk(IRunning r){
    55. r.run();
    56. }
    57. public static void main(String[] args) {
    58. walk(new Dog("小汪"));
    59. walk(new Duck("唐老鸭"));
    60. walk(new Robot("瓦力"));
    61. }

    上述代码中,我们需要了解以下几点:

    1. 可以先继承,后实现接口,就是 implements,但反之不可以

    2. 可以实现 (implements) 多个接口,彼此用逗号隔开,而 JAVA 不支持多继承

    3. 有了接口之后, 类的使用者就不必关注具体类型, 而只关注某个类是否具备某种能力,拿上面的例子来说,跑这一行为,不但狗、鸭子能实现,机器人也可以!如果把跑这一方法放在了父类Animal 中的话,那就只有动物类能跑的动物才能调用,但是如果放在接口里,那就是世间所有具备跑这一行为的类,都能重写这个方法。

    4. 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。

    5. 继承是 is-a 的意思,而接口表示 has-a, 具有xxx特性。所以上面的鸭子类定义可以理解为,鸭子是动物,具有跑、游泳和飞的特性。

    2.5 接口间的继承

    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。

    1. interface A{
    2. void funcA();
    3. }
    4. interface B{
    5. void funcB();
    6. }
    7. interface CC extends A,B{
    8. void func();
    9. }
    10. class C implements CC{
    11. @Override
    12. public void funcA() {
    13. }
    14. @Override
    15. public void funcB() {
    16. }
    17. @Override
    18. public void func() {
    19. }
    20. }

    接口 CC 不仅具备 func 这个功能,还具备 A 和 B 接口的功能。所以当普通类 C 实现接口 CC 时,就得同时重写 func 方法以及 A 和 B 接口里的方法。这样一来,CC 就不用重复定义 A 和 B 中的方法,实现了代码的复用。

    总结:

    1. 类可以继承一个普通类

    2. 类可以继承一个抽象类

    3. 类可以继承一个普通类/抽象类的同时,实现一个或一个以上的接口

    4. 接口可以 extends 一个或一个以上的其他接口,以此达到拓展多个接口功能

    2.6 接口使用实例

    1. 给对象数组排序——Comparadeble 接口、Comparator 接口

    1. class Student implements Comparable{
    2. public String name;
    3. public int age;
    4. public int score;
    5. public Student(String name, int age, int score) {
    6. this.name = name;
    7. this.age = age;
    8. this.score = score;
    9. }
    10. @Override
    11. public String toString() {
    12. return "Student{" +
    13. "name='" + name + '\'' +
    14. ", age=" + age +
    15. ", score=" + score +
    16. '}';
    17. }
    18. @Override
    19. public int compareTo(Student o) {
    20. if(this.age > o.age) {
    21. return 1;
    22. }else if(this.age < o.age) {
    23. return -1;
    24. }else {
    25. return 0;
    26. }
    27. //甚至年龄的比较可以只写下面这行的代码
    28. // return this.age - o.age;
    29. }
    30. //比较学生的姓名
    31. // @Override
    32. // public int compareTo(Student o) {
    33. // if(this.name.compareTo(o.name)>0){
    34. // return 1;
    35. // }else if(this.name.compareTo(o.name)<0){
    36. // return -1;
    37. // }else{
    38. // return 0;
    39. // }
    40. // }
    41. }
    42. public class Text {
    43. public static void main(String[] args) {
    44. Student[] stu = new Student[3];
    45. stu[0] = new Student("Liu六大顺",18,88);
    46. stu[1] = new Student("Qi星高照",22,98);
    47. stu[2] = new Student("San羊开泰",19,100);
    48. System.out.println(stu[0].compareTo(stu[1]));
    49. //有了compareTo 这个方法,也可以使用 sort 这个方法来进行排序
    50. // Arrays.sort(students);
    51. // System.out.println(Arrays.toString(students));
    52. }
    53. }

     打开接口 Comparable 可以发现,里面只有 compareTo 这一个方法。

    当我们比较的对象是学生类时,由于有不同的比较标准,如学生的姓名、年龄、成绩等,我们可以根据自己的需要,写一个比较的方法。当需要比较的是姓名时,查询到 String 类实现了Comparable 这一接口,并且也实现了 compareTo 这一方法,我们就可以直接使用来进行字符串的比较:

     而重写 compareTo 方法之后,也可调用 sort 方法:

    另一种更加灵活的比较方式:

    1. //Student 类中这样修改
    2. import java.util.Comparator;
    3. public class Student {
    4. public String name;
    5. public int age;
    6. public int score;
    7. public Student(String name, int age, int score) {
    8. this.name = name;
    9. this.age = age;
    10. this.score = score;
    11. }
    12. @Override
    13. public String toString() {
    14. return "Student{" +
    15. "name='" + name + '\'' +
    16. ", age=" + age +
    17. ", score=" + score +
    18. '}';
    19. }
    20. }
    21. class AgeComparator implements Comparator {
    22. @Override
    23. public int compare(Student o1, Student o2) {
    24. return o1.age - o2.age;
    25. }
    26. }
    27. class ScoreComparator implements Comparator{
    28. @Override
    29. public int compare(Student o1, Student o2) {
    30. return o1.score - o2.score;
    31. }
    32. }
    33. class NameComparator implements Comparator{
    34. @Override
    35. public int compare(Student o1, Student o2) {
    36. return o1.name.compareTo(o2.name);
    37. }
    38. }
    39. //Text 类中
    40. import java.util.Arrays;
    41. public class Text {
    42. public static void main(String[] args) {
    43. Student[] stu = new Student[3];
    44. stu[0] = new Student("Liu六大顺",18,88);
    45. stu[1] = new Student("Qi星高照",22,98);
    46. stu[2] = new Student("San羊开泰",19,100);
    47. //以年龄比较
    48. AgeComparator ageComparator = new AgeComparator();
    49. Arrays.sort(stu,ageComparator);
    50. System.out.println(Arrays.toString(stu));
    51. //以成绩来比较
    52. ScoreComparator scoreComparator = new ScoreComparator();
    53. Arrays.sort(stu,scoreComparator);
    54. System.out.println(Arrays.toString(stu));
    55. //以姓名排序
    56. NameComparator nameComparator = new NameComparator();
    57. Arrays.sort(stu,nameComparator);
    58. System.out.println(Arrays.toString(stu));
    59. }
    60. }

    这里的 sort 方法传了两个参数,一个是 Student 类的对象的数组,一个是一个实现了 Comparator 接口的类,亦被称作比较器,可以找到 Arrays 类里面 sort 的源代码:

     

    2. Clonable 接口和深拷贝

    1. public static void main(String[] args) {
    2. Student student = new Student("nini",32,99);
    3. }

    如果要拷贝一份上面的 student 对象,就要用到 Cloneable 这个接口: 

    打开 Cloneable 这个接口发现,里面啥也没有。 因此,这样的接口叫做空接口,也叫标记接口。Cloneable 接口的唯一作用就是表示当前对象是可以被克隆的。

    那到底如何克隆呢?

    首先,Student 类实现 Cloneable接口:

    接着在 Student 类中重写 clone 方法:

    Object 类是所有类的父类。哪怕你写的类没有继承任何一个类,它也是默认继承 Object 类的。所以可以看到,重写的 clone 方法调用了父类的 clone 方法。

    于是在 Text 类中,可以这样写:

    1. public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    2. Student student = new Student("nini",32,99);
    3. //父类对象给子类引用,发生向下转型,需要强制类型转换一下:
    4. Student student1 = (Student)student.clone();
    5. System.out.println(student);
    6. System.out.println(student1);
    7. }

    输出:

            Student{name='nini', age=32, score=99}
            Student{name='nini', age=32, score=99}

    到这里为止,我们可以看到的现象就是,可以对自定义类型进行拷贝,那到底是不是我们想要的那种拷贝呢?我们再继续看下面的代码:

    创建一个 Money 类并在 Student 类中实例一个 Money 类对象:

     在 Text 类中:

    1. public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    2. Student student = new Student("Kate",22,100);
    3. Student student1 = (Student)student.clone();
    4. System.out.println(student.m.money);
    5. System.out.println(student1.m.money);
    6. }

    输出:

            12.66
            12.66

    但如果对 student1 的 m 进行修改,会如何?

    1. student1.m.money = 66.66;
    2. System.out.println(student.m.money);
    3. System.out.println(student1.m.money);
    4. System.out.println("===============================");
    5. student.m.money = 77.77;
    6. System.out.println(student.m.money);
    7. System.out.println(student1.m.money);

    输出:

              66.66
              66.66
    ===============================
              77.77
              77.77

    同学们!发现问题没有!

    这样 clone 得到的克隆,修改其中一个,另一个也会跟着改变,这叫浅拷贝,但这不是我们想要的。

    由上图可以很清楚地看出,利用 clone 拷贝时,是会开辟一个新的空间来存放拷贝的内容,再把地址给 student1 ,但可以很清楚地看到,m 存储的地址却没有改变,这就导致两个类的 m 都指向同一个地方,自然一个修改另一个也跟着修改了。

    而我们想要的是一个拷贝另一个,但修改一个,另一个保持原来的值,这叫深拷贝,那我们到底该怎么样才能深拷贝呢?

    修改 Money 类:

    1. class Money implements Cloneable{
    2. public double money = 12.66;
    3. @Override
    4. protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    5. return super.clone();
    6. }
    7. }

    修改 Student 类中的 clone 方法如下:

    1. @Override
    2. protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    3. Student student = (Student) super.clone();
    4. student.m = (Money) this.m.clone();
    5. return student;
    6. }

    前面 Text 类的代码再一次运行,输出:

    12.66
    12.66
    ===============================
    12.66
    66.66
    ===============================
    77.77
    66.66

     

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