【java学习笔记五十二】抽象类和接口

一.抽象类

在了解抽象类之前,先来了解一下抽象方法。抽象方法是一种特殊的方法:它只有声明,而没有具体的实现。抽象方法的声明格式为:

abstract void fun();

抽象方法必须用abstract关键字进行修饰。如果一个类含有抽象方法,则称这个类为抽象类,抽象类必须在类前用abstract关键字修饰。因为抽象类中含有无具体实现的方法,所以不能用抽象类创建对象。

下面要注意一个问题:在《JAVA编程思想》一书中,将抽象类定义为“包含抽象方法的类”,但是后面发现如果一个类不包含抽象方法,只是用abstract修饰的话也是抽象类。也就是说抽象类不一定必须含有抽象方法。个人觉得这个属于钻牛角尖的问题吧,因为如果一个抽象类不包含任何抽象方法,为何还要设计为抽象类?所以暂且记住这个概念吧,不必去深究为什么。

[public] abstract class ClassName {
abstract void fun();
}

从这里可以看出,抽象类就是为了继承而存在的,如果你定义了一个抽象类,却不去继承它,那么等于白白创建了这个抽象类,因为你不能用它来做任何事情。对于一个父类,如果它的某个方法在父类中实现出来没有任何意义,必须根据子类的实际需求来进行不同的实现,那么就可以将这个方法声明为abstract方法,此时这个类也就成为abstract类了。

包含抽象方法的类称为抽象类,但并不意味着抽象类中只能有抽象方法,它和普通类一样,同样可以拥有成员变量和普通的成员方法。注意,抽象类和普通类的主要有三点区别:

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)抽象类不能用来创建对象;

3)如果一个类继承于一个抽象类,则子类必须实现父类的抽象方法。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。

在其他方面,抽象类和普通的类并没有区别。

二.接口

接口,英文称作interface,在软件工程中,接口泛指供别人调用的方法或者函数。从这里,我们可以体会到Java语言设计者的初衷,它是对行为的抽象。在Java中,定一个接口的形式如下:

[public] interface InterfaceName {

}

接口中可以含有 变量和方法。但是要注意,接口中的变量会被隐式地指定为public static final变量(并且只能是public static final变量,用private修饰会报编译错误),而方法会被隐式地指定为public abstract方法且只能是public abstract方法(用其他关键字,比如private、protected、static、 final等修饰会报编译错误),并且接口中所有的方法不能有具体的实现,也就是说,接口中的方法必须都是抽象方法。从这里可以隐约看出接口和抽象类的区别,接口是一种极度抽象的类型,它比抽象类更加“抽象”,并且一般情况下不在接口中定义变量。

要让一个类遵循某组特地的接口需要使用implements关键字,具体格式如下:

class ClassName implements Interface1,Interface2,[….]{
}

可以看出,允许一个类遵循多个特定的接口。如果一个非抽象类遵循了某个接口,就必须实现该接口中的所有方法。对于遵循某个接口的抽象类,可以不实现该接口中的抽象方法。

三.抽象类和接口的区别

1.语法层面上的区别

1)抽象类可以提供成员方法的实现细节,而接口中只能存在public abstract 方法;

2)抽象类中的成员变量可以是各种类型的,而接口中的成员变量只能是public static final类型的;

3)接口中不能含有静态代码块以及静态方法,而抽象类可以有静态代码块和静态方法;

4)一个类只能继承一个抽象类,而一个类却可以实现多个接口。

2.设计层面上的区别

1)抽象类是对一种事物的抽象,即对类抽象,而接口是对行为的抽象。抽象类是对整个类整体进行抽象,包括属性、行为,但是接口却是对类局部(行为)进行抽象。举个简单的例子,飞机和鸟是不同类的事物,但是它们都有一个共性,就是都会飞。那么在设计的时候,可以将飞机设计为一个类Airplane,将鸟设计为一个类Bird,但是不能将 飞行 这个特性也设计为类,因此它只是一个行为特性,并不是对一类事物的抽象描述。此时可以将 飞行 设计为一个接口Fly,包含方法fly( ),然后Airplane和Bird分别根据自己的需要实现Fly这个接口。然后至于有不同种类的飞机,比如战斗机、民用飞机等直接继承Airplane即可,对于鸟也是类似的,不同种类的鸟直接继承Bird类即可。从这里可以看出,继承是一个 “是不是”的关系,而 接口 实现则是 “有没有”的关系。如果一个类继承了某个抽象类,则子类必定是抽象类的种类,而接口实现则是有没有、具备不具备的关系,比如鸟是否能飞(或者是否具备飞行这个特点),能飞行则可以实现这个接口,不能飞行就不实现这个接口。

2)设计层面不同,抽象类作为很多子类的父类,它是一种模板式设计。而接口是一种行为规范,它是一种辐射式设计。什么是模板式设计?最简单例子,大家都用过ppt里面的模板,如果用模板A设计了ppt B和ppt C,ppt B和ppt C公共的部分就是模板A了,如果它们的公共部分需要改动,则只需要改动模板A就可以了,不需要重新对ppt B和ppt C进行改动。而辐射式设计,比如某个电梯都装了某种报警器,一旦要更新报警器,就必须全部更新。也就是说对于抽象类,如果需要添加新的方法,可以直接在抽象类中添加具体的实现,子类可以不进行变更;而对于接口则不行,如果接口进行了变更,则所有实现这个接口的类都必须进行相应的改动。

下面看一个网上流传最广泛的例子:门和警报的例子:门都有open( )和close( )两个动作,此时我们可以定义通过抽象类和接口来定义这个抽象概念:

abstract class Door {
public abstract void open();
public abstract void close();
}

或者:

interface Door {
public abstract void open();
public abstract void close();
}

但是现在如果我们需要门具有报警alarm( )的功能,那么该如何实现?下面提供两种思路:

1)将这三个功能都放在抽象类里面,但是这样一来所有继承于这个抽象类的子类都具备了报警功能,但是有的门并不一定具备报警功能;

2)将这三个功能都放在接口里面,需要用到报警功能的类就需要实现这个接口中的open( )和close( ),也许这个类根本就不具备open( )和close( )这两个功能,比如火灾报警器。

从这里可以看出, Door的open() 、close()和alarm()根本就属于两个不同范畴内的行为,open()和close()属于门本身固有的行为特性,而alarm()属于延伸的附加行为。因此最好的解决办法是单独将报警设计为一个接口,包含alarm()行为,Door设计为单独的一个抽象类,包含open和close两种行为。再设计一个报警门继承Door类和实现Alarm接口。

interface Alram {
void alarm();
}

abstract class Door {
void open();
void close();
}

class AlarmDoor extends Door implements Alarm {
void oepn() {
//….
}
void close() {
//….
}
void alarm() {
//….
}
}

四、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:

package com.wz.abstractdemo;

abstract class A{//定义一个抽象类

    public A(){
        System.out.println("*****A类构造方法*****");
    }

    public abstract void print();//抽象方法,没有方法体,有abstract关键字做修饰

}
//单继承
class B extends A{//B类是抽象类的子类,是一个普通类

    public B(){
        System.out.println("*****B类构造方法*****");
    }

    @Override
    public void print() {//强制要求覆写
        System.out.println("Hello World !");
    }

}
public class TestDemo {

    public static void main(String[] args) {
        A a = new B();//向上转型
    }

}

 

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:

package com.wz.abstractdemo;

static abstract class A{//定义一个抽象类

    public abstract void print();

}

class B extends A{

    public void print(){
        System.out.println("**********");
    }
}
public class TestDemo {

    public static void main(String[] args) {
        A a = new B();//向上转型
        a.print();
    }

}

 

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:

package com.wz.abstractdemo; abstract class A{//定义一个抽象类 static abstract class B{//static定义的内部类属于外部类 public abstract void print(); } } class C extends A.B{ public void print(){ System.out.println("**********"); } } public class TestDemo { public static void main(String[] args) { A.B ab = new C();//向上转型 ab.print(); } }

 

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:

package com.wz.abstractdemo;

abstract class A{//定义一个抽象类

    public static void print(){
        System.out.println("Hello World !");
    }

}

public class TestDemo {

    public static void main(String[] args) {
        A.print();
    }

}

 

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:

package com.wz.abstractdemo; abstract class A{//定义一个抽象类 public abstract void print(); private static class B extends A{//内部抽象类子类 public void print(){//覆写抽象类的方法 System.out.println("Hello World !"); } } //这个方法不受实例化对象的控制 public static A getInstance(){ return new B(); } } public class TestDemo { public static void main(String[] args) { //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 A a = A.getInstance(); a.print(); } }

 

运行结果:

Hello World !

五、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:

package com.wz.abstractdemo; public abstract class Action{ public static final int EAT = 1 ; public static final int SLEEP = 3 ; public static final int WORK = 5 ; public abstract void eat(); public abstract void sleep(); public abstract void work(); public void commond(int flags){ switch(flags){ case EAT: this.eat(); break; case SLEEP: this.sleep(); break; case WORK: this.work(); break; case EAT + SLEEP: this.eat(); this.sleep(); break; case SLEEP + WORK: this.sleep(); this.work(); break; default: break; } } }

 

定义一个机器人的类:

package com.wz.abstractdemo;

public class Robot extends Action{

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("机器人充电");

    }

    @Override
    public void sleep() {

    }

    @Override
    public void work() {
        System.out.println("机器人工作");

    }

}

 

定义一个人的类:

package com.wz.abstractdemo; public class Human extends Action{ @Override public void eat() { System.out.println("人吃饭"); } @Override public void sleep() { System.out.println("人睡觉"); } @Override public void work() { System.out.println("人工作"); } }

 

定义一个猪的类:

package com.wz.abstractdemo; public class Pig extends Action{ @Override public void eat() { System.out.println("猪进食"); } @Override public void sleep() { System.out.println("猪睡觉"); } @Override public void work() { } }

 

测试主类:

package com.wz.abstractdemo;

public class AbstractDemo {

    public static void main(String[] args) {

        fun(new Robot());

        fun(new Human());

        fun(new Pig());

    }

    public static void fun(Action act){
        act.commond(Action.EAT);
        act.commond(Action.SLEEP);
        act.commond(Action.WORK);
    }

}

 

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。

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