抽象类和接口-阿里云开发者社区

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。比如：

说明：

1. Animal 是动物类，每个动物都有叫的方法，但由于Animal不是一个具体的动物，因此其内部bark() 方法无法具体实现

2. Dog 是狗类，首先狗是动物，因此与Animal 是继承关系，其次狗是一种具体的动物，狗叫：汪汪汪，其 bark() 可以实现。

3. Cat 是猫类，首先猫是动物，因此与Animal 是继承关系，其次猫是一种具体的动物，猫叫：喵喵喵，其 bark() 可以实现。

4. 因此：Animal 可以设计为“抽象类”

1.2 抽象类语法

在 Java中，一个类如果被 abstract 修饰成为抽象类，抽象类中abstract 修饰的方法成为抽象方法，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;
  }
protected 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

1.3 抽象类特性

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

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

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

4. 抽象方法必须被继承，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

// 抽象类：被abstract修饰的类
 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;
    }
    protected double area; // 面积
}
 
// 矩形类
 class Rect extends Shape {
    private double length;
    private double width;
    Rect(double length, double width){
        this.length = length;
        this.width = width;
    }
    public void draw(){
        System.out.println("矩形: length= "+length+" width= " + width);
    }
    public void calcArea(){
        area = length * width;
    }
}
 
// 圆类：
class Circle extends Shape{
    private double r;
    final private static double PI = 3.14;
    public Circle(double r){
        this.r = r;
    }
    public void draw(){
        System.out.println("圆：r = "+r);
    }
    public void calcArea(){
        area = PI * r * r;
    }
}
// 三角形类：
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
}

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

1.4 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

此时引出问题：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 接口的概念

在现实生活中，接口的例子比比皆是，比如：笔记本上的USB口，电源插座等。

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 语法规则

接口的定义格式与定义类格式基本相同，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，更推荐方式4，代码更简洁
}

提示：

1.创建借口是，接口的命名一般都以大写字母 I 开头。

2.接口的命名一般使用“形容词”词性的单词。

3.阿里编码规范中约定，接口中的方法和属性不要加人格修饰符号，保持代码的简洁性。

2.3 接口的使用

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。

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

//USB接口
public interface USB{
    void openDvice();
    void closeDdvice();
}
 
//鼠标类，实现USB接口
public class Mouse implements USB{
    @Override
    public void openDvice() {
        System.out.println("打开鼠标");
    }
 
    @Override
    public void closeDdvice() {
        System.out.println("关闭鼠标 ");
    }
    public 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 openDvice() {
        System.out.println("打开键盘");
    }
 
    @Override
    public void closeDdvice() {
        System.out.println("关闭键盘");
    }
    public 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");
    }
 
    public void powerOff(){
        System.out.println("关闭笔记本电脑");
    }
 
    public void useDevice(USB usb){
        usb.openDvice();
        if(usb instanceof Mouse){
            Mouse mouse =(Mouse) usb;
            mouse.click();
        }else if (usb instanceof KeyBoard){
            KeyBoard keyBoard =(KeyBoard)usb;
            keyBoard.inPut();
        }
        usb.closeDdvice();
    }
}
 
//测试类：
 
public class interfaceTest {
    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();
    }
}

2.4 接口特性

1.接口类型是一种引用类型，但是不能直接new接口对象

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.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();
}

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");
    } 
}

4. 重写接口中方法时，不能使用默认的访问权限

public interface USB {
    void openDevice(); // 默认是public的
    void closeDevice(); // 默认是public的
    }
 
public 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

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();
}
 
public 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
    }
}

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();
}

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

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

9. jdk8中：接口中还可以包含default方法。

2.5 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，但是一个类可以事项多个接口。下面通过类表示一组动物。

代码如下：

class Animal{
    protected String name;
 
    public Animal(String name){
        this.name=name;
    }
}
 
interface IFlying{
    void fly();
}
 
interface IRunning{
    void run();
}
 
interface ISwimming{
    void swim();
}
//猫，是会跑的
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");
    }
}
 
//鱼，是会游的
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");
    }
}
 
//青蛙，既能跑，又能游(两栖动物）
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");
    }
}
//鸭子，能飞，能游还能跑
class Duck extends Animal implements ISwimming,IFlying,IRunning{
    public Duck (String name){
        super(name);
    }
 
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println(this.name+"正在用翅膀飞");
    }
 
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name+"正在用两条腿跑");
    }
 
    @Override
    public void swim() {
        System.out.println(this.name+"正在在水上漂");
    }
}
 
 
 
public class interfaceTest {
    public static void walk(IRunning running){
        System.out.println("我带着伙伴去散步");
        running.run();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat =new Cat("小猫");
        walk(cat);
 
        Frog frog =new Frog("小青");
        walk(frog);
 
        Robot robot =new Robot("机器人");
        walk(robot);
    }
}
 
//甚至参数可以不是"动物"，只要会跑！
class Robot implements IRunning{
    private String name;
    public Robot (String name){
        this.name =name;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name+"正在用轮子跑");
    }
}

注意：一个类实现多个接口时，每个接口的抽象方法都要实现，否则类必须设置为抽象类。

上面代码展示了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。

继承表达的是is—a 的语义是具有xxx 的特性。

猫是一种动物, 具有会跑的特性.

青蛙也是一种动物, 既能跑, 也能游泳

鸭子也是一种动物, 既能跑, 也能游, 还能飞

2.6 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。

interface IRunning {
void run();
}
interface ISwimming {
void swim();
}
// 两栖的动物, 既能跑, 也能游
interface IAmphibious extends IRunning, ISwimming {
}
class Frog implements IAmphibious {
...
}

通过接口继承创建一个新的接口 IAmphibious 表示“两栖的”，此时实现接口创建的Frog类，就继续要实现 run 方法，也需要实现 swim 方法。

总结：接口间的继承相当于把多个接口合并在一起。

2.7 接口使用实例

给对象数组排序

class Student implements Comparable<Student>{
    private String name;
    private int score;
    public Student(String name, int score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }
 
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", score=" + score +
                '}';
    }
}

在给定义一个学生对象数组，对这个对象数组中的元素进行排序。

    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 "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", score=" + score +
                '}';
    }
 
    @Override
    public int compareTo(Object  o) {
        Student student =(Student) o;
        return this.score-student.score;
    }
}
 
public class interfaceTest{
    public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[] {
                new Student("张三", 95),
                new Student("李四", 96),
                new Student("王五", 97),
                new Student("赵六", 92),
        };
        Arrays.sort(students);
        System.out.println(Arrays.toString(students));
 
    }
}

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

如果当前对象应排在参数对象之前, 返回小于 0 的数字;

如果当前对象应排在参数对象之后, 返回大于 0 的数字;

如果当前对象和参数对象不分先后, 返回 0;

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” 得，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。

2.8 Cloneable 接口和深拷贝

Java 中内置了一些很有用的接口，Cloneable 就是其中之一。

Object 类中存在一个clone 方法，调用这个方法可以创建一个对象的“拷贝”。但是要想合法调用clone方法，必须要先实现Cloneable接口，否则就会抛出CloneNotSupportedException异常。

public interface Cloneable {

}

标记接口：表示当前接对象是可以被克隆的

class Money implements Cloneable{
        public double money=10.23;
 
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
 
class Student implements Cloneable {
    public String name;
    public Money m =new Money();
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
 
 
@Override
       protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Student student=(Student)super.clone();
//此时仅对student进行了克隆，但并没有实现深拷贝，需要对student中的
//m对象进行克隆
        student.m=(Money)this.m.clone();
        return student;
    //        return super.clone();
    }
}
 
public class interfaceTest {
    public static void main(String[] args)throws CloneNotSupportedException {
        Student student1=new Student();
        Student student2=(Student) student1.clone();
        student2.m.money=10;
        System.out.println(student1.m.money);
        System.out.println(student2.m.money);
    }
    public static void main1(String[] args)throws CloneNotSupportedException {
        Student student1 =new Student();
        student1.name="kaikai";
        Student student2=(Student) student1.clone();
        System.out.println(student1.toString());
        System.out.println(student2.toString());
    }
}

2.9 抽象类与接口的区别

核心区别: 抽象类中可以包含普通方法和普通字段, 这样的普通方法和字段可以被子类直接使用(不必重写),而接口中不能包含普通方法, 子类必须重写所有的抽象方法. 如之前写的 Animal 例子. 此处的 Animal 中包含一个 name 这样的属性, 这个属性在任何子类中都是存在的. 因此此处的 Animal 只能作为一个抽象类, 而不应该成为一个接口

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

再次提醒:

抽象类存在的意义是为了让编译器更好的校验, 像 Animal 这样的类我们并不会直接使用, 而是使用它的子类. 万一不小心创建了 Animal 的实例, 编译器会及时提醒我们.

3. Object类

Object是Java默认提供的一个类。Java里面除了Object类，所有的类都是存在继承关系的。默认会继承Object父类。即所有类的对象都可以使用Object的引用进行接收

范例：使用Object 接收所有类的对象

4. 对象比较 equals 方法

在Java中，==进行比较时：

1. 如果==左右两侧是基本类型变量，比较的是变量中值是否相同

2 .如果==左右两侧是引用类型变量，比较的是引用变量地址是否相同

3. 如果要比较对象中内容，必须重写Object中的equals方法，因为equals方法默认也是按照地址比较的

// Object类中的equals方法
public boolean equals(Object obj) {
return (this == obj); // 使用引用中的地址直接来进行比较
}

class Person{
    private String name ;
    private int age ;
    public Person(String name, int age) {
        this.age = age ;
        this.name = name ;
    }
    
}
public class interfaceTest {
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person("akai", 20) ;
        Person p2 = new Person("akai", 20) ;
        int a = 10;
        int b = 10;
        System.out.println(a == b); // 输出true
        System.out.println(p1 == p2); // 输出false
        System.out.println(p1.equals(p2)); // 输出false，因为时
//比较的是地址
    }
}

Person 类重写equals 方法后，然后比较：

class Person{
...
@Override
public boolean equals(Object obj) {
if (obj == null) {
return false ;
}
if(this == obj) {
return true ;
}
// 不是Person类对象
if (!(obj instanceof Person)) {
return false ;
}
Person person = (Person) obj ; // 向下转型，比较属性值
return this.name.equals(person.name) && this.age==person.age ;
}
}

结论：比较对象内容是否相同的时候，一定要重写equals的方法。

抽象类和接口