【JAVA】抽象类与接口
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本文录入于《JAVASE语法系列》专栏，本专栏是针对于大学生，编程小白精心打造的。笔者用重金(时间和精力)打造，将javaSE基础知识一网打尽，希望可以帮到读者们哦。
其他专栏：《JAVA》《算法详解》《C语言》等
内容分享：本期将会对JAVA中的抽象类与接口进行讲解
抽象类
抽象类的概念
在面对对象的概念中，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述对象的，如果一个类中没有包含足够的信息来描述一个具体的对象，这样的类就是抽象类。
我们可以发现，Shape类中的draw方法好像没有什么实际的工作，主要的绘图都是由Shape的子类的draw方法来完成的，像这种没有实际的方法，我们可以把它设计为一个抽象类，包含抽象方法的类我们叫做抽象类。
抽象类的语法
在java中，一个类被abstract修饰叫做抽象类，抽象类中的方法被abstract修饰的方法叫做抽象方法。注意：抽象方法是不可以给出具体的实现的。
举个栗子：
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
}这里要注意：
抽象类也是类，内部也可以有普通方法和属性，构造方法
抽象类的特点
抽象类不可以直接实例化对象
Shape shape = new Shape();
// 编译出错
Error:(30, 23) java: Shape是抽象的; 无法实例化抽象方法不可以是private修饰
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抽象方法不可以被final和static修饰，因为抽象方法要被重写
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抽象类必须被继承，继承后的子类必须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
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
}抽象类中不一定有抽象方法，但抽象方法一定有抽象类
抽象类中可以有构造方法，供子类创建对象的时候，初始化父类的成员变量。
抽象类的作用
抽象类本身是不可以被实例化的，要想使用，只能创建该抽象类的子类，由子类重写父类中的抽象类。
使用继承抽象类的代码比继承普通类的好处就在于：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.
接口
接口的概念
接口就是公共的行为规范标准，在实现的时候，只要符合规范标准，就可以通用。在java中，接口可以看成为：多个类的规范，是一种引用数据类型。
接口的语法
将class关键字换成interface就等于定义了一个接口了，和定义类的格式差不多
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
}书写规范：
创建接口时，接口名一般用大写字母I开头
接口一般以形容词命名
阿里编码规范中约定，接口中的方法和属性不要加任何的修饰符号，这样以便保持代码的简洁（方法和属性是默认修饰符的）
接口的使用
接口和抽象类很像，不可以直接使用，必须要有一个实现类来实现这个接口，实现接口中的所有抽象方法。子类与接口是用implement来实现之间的关系
public class 类名称 implements 接口名称{
// ...
}举个USB接口的栗子：
// 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");
}
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 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");
}
} // 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.openDevice();
if(usb instanceof Mouse){
Mouse mouse = (Mouse)usb;
mouse.click();
}else if(usb instanceof KeyBoard){
KeyBoard keyBoard = (KeyBoard)usb;
keyBoard.inPut();
} usb.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();
}
}接口特性
接口是一种引用类型，但它并不可以new出一个对象
public class TestUSB {
public static void main(String[] args) {
USB usb = new USB();
}
} // Error:(10, 19) java: day20210915.USB是抽象的; 无法实例化接口中每个抽象方法都是public修饰的，被默认的隐式的指定为public abstract且只能是public abstract
public interface USB {
// Error:(4, 18) java: 此处不允许使用修饰符private
private void openDevice();
void closeDevice();
}
接口中的方法是不可以在接口中实现的，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");
}
}重写接口方法时，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接口中可以有变量，但是接口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
}
}接口中不能含有静态代码块和构造方法
interface USB {
// 编译失败
public USB(){
}
static{
} // 编译失败
void openDevice();
void closeDevice();
}接口不是类，但接口编译完后的字节码文件后缀也是.class
如果类没有实现接口中的所有抽象方法，这个类就必须设置为抽象类
实现多个接口
在java中，类与类之间只能单继承，一个类不可以有多个父类，它不支持多继承。但是在这里出现了接口来弥补这个缺陷，一个类可以实现多个接口。
这里举个动物运动的栗子：
动物类：
class Animal {
protected String name;
public Animal(String name) {
this.name = name;
}
}接口类：
//会飞的
interface IFlying {
void fly();
}
//会跑的
interface IRunning {
void run();
}
//会游的
interface ISwimming {
void swim();
}会跑的猫类：
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");
}
}会游的鱼类：
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");
}
}又可以游又可以跑的蛙类：
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");
}
}可以飞，游，跑的小鸭子类：
class Duck extends Animal implements IRunning, ISwimming, IFlying {
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 + "正在漂在水上");
}
}通过这个栗子，我们可以了解了接口在java中的基本用法：就是一个类继承父类，且实现多个类。
继承的含义可以理解为is-a，接口可以理解为has-a。
这个设计后有一个很大的好处，就是让程序员忘记类型，有了接口后，类的使用者就不用关心具体类型。而只具备某种能力。
这就很好解释：
假设我们有一个walk方法,接着上面的代码。这个walk方法内部，我们根本就不需要知道是什么动物，知道它会跑就可以了。
public static void walk(IRunning running) {
System.out.println("我带着伙伴去散步");
running.run();
}Cat cat = new Cat("小猫");
walk(cat);
Frog frog = new Frog("小青蛙");
walk(frog);
/* 执行结果
我带着伙伴去散步
小猫正在用四条腿跑
我带着伙伴去散步
小青蛙正在往前跳 */而且这个类型可以不是动物，只要它可以跑就行：
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");
}
}
Robot robot = new Robot("机器人");
walk(robot);
// 执行结果
机器人正在用轮子跑
接口之间的继承
在java中，类和类之间是单继承的，一个类可以实现多个接口，接口与接口之间也可以多继承。即：用接口可以达到多继承的目的。
接口继承接口也是用extends：
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 {
...
}
接口的继承就是相当于将多个接口合并起来了。
两个常用的比较接口
给对象数组排序：
我们发现用常规的sort排序来实现是不行的，会报异常：
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 + "]";
}
}
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));
// 运行出错, 抛出异常.
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Student cannot be cast to java.lang.Comparable
这是因为它是一个对象，和普通的整数不同，可以直接比较。这我们就需要使用上我们的comparable接口，且重写它里面的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，其实传入的是它的子类Student类型的对象。然后比教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;
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.
Cloneable
Java 中内置了一些很有用的接口, Clonable 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 Clonable 接口, 否则就会抛出 CloneNotSupportedException 异常
我们发现结果是flase
class Animal implements Cloneable {
private String name;
@Override
public Animal clone() {
Animal o = null;
try {
o = (Animal)super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
} return o;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Animal animal = new Animal();
Animal animal2 = animal.clone();
System.out.println(animal == animal2);
}
}
浅拷贝和深拷贝
Cloneable它克隆出来的就是一份浅拷贝：
class Money {
public double m = 99.99;
}
class Person implements Cloneable{
public Money money = new Money();
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
public class TestDemo3 {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Person person1 = new Person();
Person person2 = (Person) person.clone();
System.out.println("通过person2修改前的结果");
System.out.println(person1.money.m);
System.out.println(person2.money.m);
person2.money.m = 13.6;
System.out.println("通过person2修改后的结果");
System.out.println(person1.money.m);
System.out.println(person2.money.m);
}
} // 执行结果
通过person2修改前的结果
99.99
99.99
通过person2修改后的结果
13.6
13.6
深拷贝就是我们也要把深层次的也拷贝：
抽象类和接口的区别
抽象类和接口都是 Java 中多态的常见使用方式都需要重点掌握. 同时又要认清两者的区别(重要!!!)
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;
}
}注意：
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.
