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【化神系列】 Java抽象类与接口

2022-09-19 118
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简介： Java抽象类与接口万字详解

一、抽象类

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。

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args){
        Circle c = new Circle();
        c.setR(5);
        c.getArea();
        Squre s = new Squre();
        s.setLength(10);
        s.getArea();
    }
}
//抽象类
abstract class Shape{
    private int size;
    //抽象方法
    abstract public void getArea();
}
class Circle extends Shape{
    private int r;
    public int getR() {
        return r;
    }
    public void setR(int r) {
        this.r = r;
    }
    //重写抽象方法
    @Override
    public void getArea() {
        double  area = r*r*r*4.0/3;
        System.out.println("此圆形的面积是: "+area);
    }
}
class Squre extends Shape{
    private int length;
    //重写抽象方法
    @Override
    public void getArea() {
        double area = length*length;
        System.out.println("此正方形的面积是: "+area);
    }
    public int getLength() {
        return length;
    }
    public void setLength(int length) {
        this.length = length;
    }
}

  • 抽象类的特性

    • 抽象类中使用abstract修饰类和抽象方法，这个方法没有具体的实现，抽象类中可以包含普通类所能包含的成员，抽象类所存在的最大意义就是被继承。
    • 抽象类方法不能是私有的，如果一个普通类继承了抽象类，那么必须重写抽象类中的抽象方法，不能被static和final修饰，因为抽象方法要被子类继承。
    • 抽象类中不一定包含抽象方法，但是包含抽象方法的一定是抽象类，抽象类之间的相互继承不需要重写抽象方法。

二、接口

  • 接口的定义

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。

  • 接口的使用
//接口的定义
interface USB {
    void openDevice();
    void closeDevice();
}
//实现接口
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");
    }
    public void click(){
        System.out.println("鼠标点击");
    }
}
//实现接口
class KeyBoard implements USB{
//实现接口中的抽象类
    @Override
    public void openDevice() {
        System.out.println("打开键盘");
    }
    @Override
    public void closeDevice() {
        System.out.println("关闭键盘");
    }
    public void inPut(){
        System.out.println("键盘输入");
    }
}

  • 注意事项

    • ❗ 接口不能够直接使用，必须有一个类来实现接口，并实现接口中的所有抽象方法

    image-20220904182850323

    • ❗ 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
    • 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。

    image-20220904193850969

    • ❗ 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 ，JDK1.8 开始允许有可以实现的方法，但这个方法只能是default 修饰的，类在实现该接口时，不需要重写该默认方法。
    具体作用： 当我们进行业务扩展时，需要在接口中新增方法。如果新增的这个方法写成普通方法的话，那么需要在该接口所有的实现类中都重写这个方法。如果新增的方法定义为default类型，就不需要在所有的实现类中全部重写该default方法，哪个实现类需要新增该方法，就在哪个类中进行实现

    image-20220904194941184

    • 重写接口中方法时，不能使用default访问权限修饰
    • image-20220904201618293
    • 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
    • 接口中不能有静态代码块和构造方法
    • 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

    image-20220904201748585

    • 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

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  • 实现多个接口

    • 一个类实现多个接口
    interface USB { 
    void openDevice();
    void closeDevice();
}
interface ULine{
    void lineInsert();
}
class Mouse implements USB,ULine{
    @Override
    public void openDevice() {
        System.out.println("打开鼠标");
    }
    @Override
    public void closeDevice() {
        System.out.println("关闭鼠标");
    }
    @Override
    public void lineInsert() {
        System.out.println("插入鼠标线");
    }
}
    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
    • 一个类继承一个父类，同时实现多个接口
    public class TestDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Duck duck = new Duck("yaya");
        walk(duck);
        Brid brid = new Brid("gugu");
        walk(brid);
    }
    public static void walk(IRunning running) {
        System.out.println("去散步");
        running.run();
    }
}
 class Animal {
        protected String name;
        public Animal(String name) {
            this.name = name;
       }
}
interface IFlying {
        void fly();
}
interface IRunning {
      void run();
}
interface ISwimming {
        void swim();
}
class Duck extends Animal implements IFlying,IRunning,ISwimming{
    public Duck(String name) {
        super(name);
    }
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("飞飞飞");
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("鸭子嘎嘎跑");
    }
    @Override
    public void swim() {
        System.out.println("游游游");
    }
}
class Brid extends Animal implements IRunning,ISwimming,IFlying{
    public Brid(String name) {
        super(name);
    }
    @Override
    public void  fly() {
        System.out.println("鸟儿飞");
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("鸟儿跑");
    }

    @Override
    public void swim() {
        System.out.println("鸟儿游");
    }
}
    • 接口中的多态
    public class TestDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Duck duck = new Duck("yaya");
        walk(duck);
        Brid brid = new Brid("gugu");
        walk(brid);
    }
    public static void walk(IRunning running) {
        System.out.println("去散步");
        running.run();
    }
}

    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.

  • 接口之间的继承
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 IRing {
    void run();
} 
interface ISing {
    void swim();
} 
interface IAmphibious extends IRunning, ISwimming {}
class Frog implements IAmphibious {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("跑啊跑");
    }
    @Override
    public void swim() {
        System.out.println("游啊游");
    }
}
接口间的继承相当于把多个接口合并在一起.

✅抽象类和接口的区别？？

区别 抽象类（abstract） 接口（interface）
1 结构组成 普通类+抽象方法 抽象方法+全局变量
2 权限 各种权限 public
3 子类使用 使用extends关键字继承抽象类 使用implements关键字实现接口
4 关系 一个抽象类可以实现若干接口 接口不能继承抽象类，但是可以使用extends关键字继承多个接口
5 子类限制 一个子类只能继承一个抽象类 一个子类可以实现多个接口

三、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。

public class TestDemo5 {
    public static void main(String[] args) {
        function(new Person());
        function(new Student());
    }
    public static void function(Object obj){
        System.out.println(obj);
    }
}
class Person{
    private int age;
    private String name;
}
class Student{
    private int grade;
    private String sno;
}

Object类中提供的一些默认方法

3.1 toString()方法
//Object类中的toString()方法实现：
public String toString() {
     return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}

toString()方法一般需要通过重写之后进行使用。

3.2 hashcode()方法
  • 返回对象的hash代码值

源码：

public native int hashCode();

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重写hashCode() 方法

class Per{
    public String name;
    public int age;
    public Per(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
}
public class TestDemo6 {
    public static void main(String[] args) {
        Per per1 = new Per("gaobo",20);
        Per per2 = new Per("gaobo", 20);
        System.out.println(per1.hashCode());
       /* 
        注意事项：哈希值一样。
        结论：
        1、hashcode方法用来确定对象在内存中存储的位置是否相同
        2、事实上hashCode() 在散列表中才有用，在其它情况下没用。
        在散列表中hashCode() 的作用是获取对象的散列码，进而确定该对象在散列表中的位置。
        */
        System.out.println(per2.hashCode());
    }
}

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3.3 equals()方法
  • 比较的是地址
// 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
   
}

image-20220909105916123

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

重写equals()方法

@Override
 public boolean equals(Object obj) {
     //判断是否为空
        if (obj == null) {
            return false ;
        } if(this == obj) {
            return true ;
        }
        // 不是Person类对象
        if (!(obj instanceof Per)) {
            return false ;
        }
        Per per = (Per) obj ; // 向下转型，比较属性值
        return this.name.equals(per.name) && this.age==per.age ;
    }
    
/*  @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        Per per = (Per)obj;
        //String类调用的是自身的equals，
        // s1跟s2两者比较的规则则是按照String类重写后的equals方法来比较，
        //很显然，String类的比较规则是按照值来比较的，因此结果会输出true。
        if(this.name.equals(per.name)&&this.age == per.age){
                return true;
        }
        return false;

    }
}
*/

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编译器自动生成重写的hashcode()和equals()方法

@Override
public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Per per = (Per) o;
        return age == per.age &&
                Objects.equals(name, per.name);
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
   }

在object类中，hashcode()方法是本地方法，返回的是对象的地址值，而object类中的equals()方法比较的也是两个对象的地址值，*如果equals()相等，说明两个对象地址值也相等，当然hashcode()也就相等了.但是hashcode() 相同时，equals()不一定相同*

✅✅重写equals方法时，也必须重写hashcode()方法吗？

答：必须，hashCode 和 equals 两个方法是用来协同判断两个对象是否相等的，采用这种方式的原因是可以提高程序插入和查询的速度,当重写equals方法后有必要将hashCode方法也重写，这样做才能保证不违背hashCode方法中“相同对象必须有相同哈希值”的约定。

✅✅ == 和 equals 的区别是什么？

答：

对于基本类型和引用类型 == 的作用效果是不同的，如下所示：

  • 基本类型：比较的是值是否相同；
  • 引用类型：比较的是引用是否相同
String x = "string";
String y = "string";
String z = new String("string");
System.out.println(x==y); // true
System.out.println(x==z); // false
System.out.println(x.equals(y)); // true
System.out.println(x.equals(z)); // true

对于equals() 方法，根据源码可以得知 : equals() 的本质上就是true

public boolean equals(Object obj) {
        return (this == obj);
}

所以equals（）方法 默认情况下是引用比较，只是很多类重写了 equals 方法，比如 String、Integer 等把它变成了值比较，所以一般情况下 equals 比较的是值是否相等。

四、常用接口

4.1 Comparable接口(比较)

在学习数组时，Arrays类中的sort方法可以对对象数组进行排序 , 那下面的对象数组能不能用Arrays.sort排序呢？

class Student {  
    String name;
    int age;
    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override  
    public String toString() { 
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}
public class test4 {
    public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[] { 
              new Student("zhangsan", 13),
              new Student("lisi", 23),
              new Student("able", 17),
        };
        Arrays.sort(students);
        System.out.println(Arrays.toString(students));
       }
}

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此时编译器并不知道到底是按姓名还是年龄进行排序，当sort方法对对象所属的类进行排序时，对象所属的类必须实现Comparable接口,通过参考文档可知，Comparable接口中仅有一个抽象方法。

image-20220911160102647

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那么我们就可以实现Comparable接口，并实现和重写compareTo方法

class Student implements Comparable<Student>{
    public int age;
    public String name;
    
    public Student(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
    //重写compareTo方法
    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        if (this.age - o.age > 0)
            return 1;
        else
        if (this.age - o.age < 0)
            return -1;
        else
            return 0;
    }
     public static void main1(String[] args) {
        Student student = new Student(16, "liba");
        Student student1 = new Student(13, "zhangsan");
        System.out.println(student.toString());
        System.out.println(student1.toString());
        if (student.compareTo(student1) > 0) {
            System.out.println("student > student1");
        } else {
            System.out.println("student < student1");
        }
    }

}

此时可以得到按年龄进行排序的结果：

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我们知道在 Arrays.sort(students); 中是传了一个学生对象数组，在调用 Arrays对对象数组排序的时候，其实就调用了我们的 Comparable接口中的 compareTo方法对数组的每个元素进行了排序和比较，在Java中对于 引用数据类型的比较或者排序，一般都要用到使用 Comparable接口中的 compareTo() 方法

按姓名排序时，重写的compareTo方法

@Override 
 public int compareTo(Student o) {   // this.代表对当前对象的引用，o.代表对参数对的引用
        if (this.name.compareTo(o.name) > 0)//String类中重写了compareTo方法，可直接使用
             return 1;  
        else if (this.name.compareTo(o.name) < 0) 
             return -1;
        else 
             return 0;
    }
    //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;

🎈 缺点：一旦重写了comparable()方法，那么就只能对一种参数类型进行比较，把方法写死了，此时就需要使用Comparator接口 ❗

4.2 Comparator接口(比较)

这里是Arrays.sort中只有一个参数的方法

202209112021043.png

当实现Comparator接口时，可以使用两个参数重载的方法实现排序，包含一个比较器类型的参数

image-20220911202547167

首先通过参考文档了解Comparator接口，我们需要重写的是compare()方法

image-20220911201659964

所以就像Comparable 接口一样，我们只要实现了Comparator接口，并重写Comparator里的compare方法就可以实现对学生对象数组的排序

比如我们上面的年龄比较就可以写成这样

class Student { 
    String name;
    int age;
    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
 
    @Override  
    public String toString() {
        return "[" + this.name + ":" + this.age + "]";
    }
}
 // 实现Comparator接口中的compare方法
class AgeComparator implements Comparator<Student> { // 年龄比较器
    @Override 
    public int compare(Student o1, Student o2) {
        return o1.age - o2.age;
    // 反正返回的也是数字，当o1.age>o2.age时返回大于零的数，即o1对象排在o2对象的后面，升序排列，我们之前用Comparable接口时也可以这样简写
    }
}
public class test4 {
    public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[]{ 
                new Student("zhangsan", 13),
                new Student("lisi", 23),
                new Student("able", 17),
        };
        AgeComparator ageComparator = new AgeComparator(); 
        Arrays.sort(students, ageComparator); 
        // 用类Arrays.sort对students数组进行排序，这里传了两个参数（学生对象和所对应的年龄比较器）
        System.out.println(Arrays.toString(students));
    }
}

同样，当我们按照姓名进行排序时，也可以使用此接口

class Student {
    String name;
    int age;
 
    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override  
    public String toString() {
        return "[" + this.name + ":" + this.age + "]";
    }
}
class NameComparator implements Comparator<Student> { // 姓名比较器
    // 实现Comparator接口中的compare方法
    @Override  
    public int compare(Student o1, Student o2) {
        return o1.name.compareTo(o2.name); 
// 因为name是String类型，也是一个引用类型，也要用到compareTo方法，此时的compareTo方法是String类里重写的方法
    }
}
public class test4 {
    public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[]{ 
                new Student("zhangsan", 13),
                new Student("lisi", 23),
                new Student("able", 17),
        };
        NameComparator nameComparator = new NameComparator();
        Arrays.sort(students, nameComparator);     
        System.out.println(Arrays.toString(students));
      }
}
Comparable接口和Comparator接口都是Java中用来比较和排序引用类型数据的接口，要实现比较，就需要实现他们所各种对应的compareTo方法或者compare方法。

✅Comparator使用起来更加灵活，所以我更倾向于使用比较器：Comparator

4.3 Cloneable接口(拷贝)
  • 对象在内存当中的存储
class Student {
    public int age = 15;
    @Override 
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "id=" + id +
                '}';
    }
}
public class test3 {
    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student();
        System.out.println(student1);
    }
}

此时如果在堆内存中对student1对象拷贝一份，如果使用

Student student2 = student1;

这只是我们在栈上重新定义了一个引用变量student2，并指向了堆上的student1对象，并没有对我们的student1实现拷贝，改变student2.age会影响student.age 的值。

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所以我们需要重写Object类中的clone方法进行克隆，在使用clone方法之前，需要实现Cloneable接口

image-20220911212305289

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由源码和参考文档可知，Cloneable是一个空接口即标记接口，如果有其他类继承该接口，说明该类的对象是可以被克隆的。

  • 要克隆的这个对象的类必须实现 Cloneable 接口
  • 类中重写 Object 的 clone() 方法
  • 处理重写clone方法时的异常情况
  • clone方法需要进行强转（比较特殊，先记住就好）
class Student implements Cloneable{
    public int age = 10;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "age=" + age +
                '}';
    }
}
public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException{
        Student student = new Student();
        Student student2 = (Student)student.clone();   //返回值为Object需要进行强制类型转换
        System.out.println(student.age);
        System.out.println(student2.age); 
        student2.age = 18;
        System.out.println(student.age);
        System.out.println(student2.age);
    }
}

此时在内存当中就是这样，student1和student2 中的两个age是相互独立的，student2的age发生改变不会影响student1 的内容。此时我们就成功实现了对象的拷贝

image-20220912111356795

4.4 浅拷贝与深拷贝
  • 浅拷贝

根据上边Cloneable接口使用介绍我们已经详细了解了，此时我们提出了一个问题，如果在Student类当中再定义一个引用类型，那么又该如何拷贝呢？

image-20220912164054998

class Teacher{
    int number = 20;
}
class Student implements Cloneable{
    public int age = 10;
    Teacher teacher = new Teacher();
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "age=" + age +
                '}';
    }
}
public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException{
        Student student = new Student();
        Student student2 = (Student)student.clone();   //返回值为Object需要进行强制类型转换

        System.out.println(student.teacher.number);
        System.out.println(student2.teacher.number);

        student.teacher.number = 100;
        
        System.out.println(student.teacher.number);
        System.out.println(student2.teacher.number);

    }
}

此时，student 中teacher的改变也引起了 student2中地址的改变，此种拷贝就好像只拷贝了student.teacher.number 的地址，并未重新复制一块内存出来，此种拷贝就叫做浅拷贝

浅拷贝是按位拷贝对象， 它会创建一个新对象，这个对象有着原始对象属性值的一份精确拷贝。 如果属性是基本类型，拷贝的就是基本类型的值；如果属性是内存地址（引用类型），拷贝的就是内存地址 ，因此如果其中一个对象改变了这个地址，就会影响到另一个对象。

image-20220912165518193

  • 深拷贝

刚刚我们通过实现Cloneable接口、重写clone方法对Student类实现了拷贝，那么同理我们也可以用这样的办法对Teacher类对象进行拷贝.

class Teacher implements Cloneable{
    int number = 20;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
class Student implements Cloneable{
    public int age = 10;
    public Teacher teacher = new Teacher();
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        //  此时我们在进行 “(Student) student.clone();” 操作，
        //  我们在堆上对student克隆拷贝出来一个新对象，并让引用变量tmp指向新对象
        Student tmp = (Student) super.clone();
        // 用this.teacher.clone()对引用变量teacher所指向的Teacher类对象进行克隆
        tmp.teacher = (Teacher) this.teacher.clone();
        return tmp;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "age=" + age +
                '}';
    }
}
public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException{
        Student student = new Student();
        // 此时的student.clone返回Student类对象的引用tmp,student2 就指向了原来tmp所指向的对象
        Student student2 = (Student)student.clone();  

        System.out.println(student.teacher.number);
        System.out.println(student2.teacher.number);
        student.teacher.number = 100;
        System.out.println(student.teacher.number);
        System.out.println(student2.teacher.number);

    }
}

image-20220912170805533

此时的内存结构图为：image-20220912203740841

上面的拷贝就把引用变量teacher所指向的Teacher类的对象也在堆中拷贝了一份，这就是深拷贝, 深拷贝会另外创造一个一模一样的对象，新对象跟原对象不共享内存，修改新对象不会改到原对象。

深拷贝：创建一个新对象，然后将当前对象的各种成员属性复制到该新对象，无论该成员属性是值类型的还是引用类型，都复制独立的一份，引用类型也会复制该引用类型所指向的对象。
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