Java之抽象类和接口

一、抽象类

1.抽象类概念 

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,比如动物类。没有实际工作的方法, 我们可以把它设计成一个 抽象方法,包含抽象方法的类我们称为抽象类。

2.抽象类语法

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。

// 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

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.抽象方法不能被final和static和private修饰,因为抽象方法要被子类重写

public abstract class Shape {
abstract private void draw();
abstract final void methodA();
abstract public static void methodB();
}
// 编译报错:
//Error:(19, 27) java: 非法的修饰符组合: abstract和private
// 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

4. 抽象类就是用来被继承的,并且继承后子类要重写父类中的抽象方法,否则子类也必须是抽象类

// 抽象类:被abstract修饰的类
 abstract public class Shape {
    // 抽象方法:被abstract修饰的方法,没有方法体
    abstract public void draw();
  
}
class X extends Shape{
    @Override
    public void draw() {
   
    }
}
//这里不要重写抽象方法
abstract class B extends Shape{
    abstract public void shope();
}
//下面补充了抽象方法(欠的债始终要还的)
class C extends B{
    @Override
    public void draw() {
        
    }
    @Override
    public void shope() {
       
    }
}

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

4. 抽象类的作用

使用抽象类相当多了一重编译器的校验,我们多态中应该已经知道了父类其实没有多大作用,经常当作抽象类使用,使用抽象类的场景好比多态,实际工作不应该由父类完成, 而应由子类完成. 么此时如果不重写抽象方法,将报错。

二、接口基础

1.接口的概念

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。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。而如果有一个动物父类,他的子类就只能写动物,不够灵活。并且不是所有动物会飞会游泳会跑,所以不好在父类中写这些方法(语法没问题,但语义出现问题)。所以我们提供接口,只要会飞,不管你是不是动物。更加灵活。而且可以多实现。

2.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
}

3.接口使用

1.接口不能直接使用,必须要有一个实现类实现该接口,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。

例题:请实现笔记本电脑使用USB鼠标、USB键盘的例子

// USB接口
public interface USB {
    void openDevice();
    void closeDevice();
}
// 鼠标类,实现USB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");
        }
        }
// 键盘类,实现USB接口
 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
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();
    }
}
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();
    }
}

//输出结果
打开笔记本电脑
打开鼠标
鼠标点击
关闭鼠标
打开键盘
键盘输入
关闭键盘
关闭笔记本电脑

4.接口特征

1. 接口类型是一种引用类型,但是不能直接new接口的对象

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.在子类重写接口中方法时,只能为public5. 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静态常量6. 接口中不能有代码块和构造方法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后:接口中还可以包含default方法和静态方法。这两个方法可以有方法体。即可以实现方法了。

public interface MyInterface {
    // 抽象方法
    void abstractMethod();
    // 默认方法
    default void defaultMethod() {
        System.out.println("This is a default method.");
    }
    // 静态方法
    static void staticMethod() {
        System.out.println("This is a static method.");
    }
    }

三、多接口

1.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。下面通过类来表示一组动物.

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

另外我们再提供一组接口, 分别表示会飞的“, “会跑的“, “会游泳的“.

interface IFlying {
void fly();
}
interface IRunning {
void run();
}
interface ISwimming {
void swim();
}

接下来我们创建几个具体的动物 , 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");
}
}

, 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");
}
}

注意: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

鸭子会飞会跑会游泳

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");
}
}

上面的代码展示了 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. 继承表达的含义是 is – a 语义, 而接口表达的含义是 具有 xxx 特性 .

因为多继承带来的菱形问题,我们出现了接口,当类要共享代码时或者有is-a关系用继承,当一个类要实现多个不同的功能时,用接口。

2.接口间的继承

接口可以继承一个接口, 达到扩展的效果. 使用 extends 关键字.接口间的继承相当于把多个接口合并在一起.

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 {
...
}

四、常用接口实例

java标准库中提供了多种默认接口。

1.比较引用类型时可以使用comparable接口,位于java.long包中,这个包是由虚拟机自动导入的,故使用该接口时不需要显示引用包名。该接口中有一个comparto方法(观察源码知道该方法只是说明要一个参数,本身不能比较,故要重写该方法)

 public class Students implements Comparable<Students> {
     public String name;
     public int age;
     public Students(String name, int age) {
         this.name = name;
         this.age = age;
     }
     @Override
     public int compareTo(Students o) { //重写comparto方法,若返回正数students大于students1,相等返回0,小于返回负数
         return this.age - o.age;
     }
     public static void main(String[] args) {
         Students students = new Students("huihuang", 3);
         Students students1 = new Students("zuihuang", 4);
        // System.out.println(students > students1);//引用类型不能直接比较
         System.out.println(students.compareTo(students1));
     }
 }
//输出结果-1

以上接口的缺点是我们如果要按里面名字进行比较,要写一个comparto方法替换原来的,如果有用户用你这个代码,你修改了,这会出问题。

2.比较引用类型时可以使用comparator接口,该接口在import java.util.Comparator类包中,该接口有一个compar方法(观察源码知道该方法只是说明要两个参数,本身不能比较,故要重写该方法)

import java.util.Comparator;
public class Student {
    public String name;
    public int age;
    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}
    class AgeComparator implements Comparator<Student> {//比较age

        @Override
        public int compare(Student o1, Student o2) {
            return o1.age - o2.age ;
        }
    }


class S {
    public static void main(String[] args) {
        Student students = new Student("huihuang", 3);
        Student students1 = new Student("zuihuang", 4);
        AgeComparator ageComparator = new AgeComparator();
        System.out.println(ageComparator.compare(students, students1));
    }
}
//输出结果-1

如果要根据name比较呢,引用类型不能直接减,所以我们String类中实现了 Comparable 接口,并重写了 compareTo 方法。String 类的 compareTo 方法用于比较两个字符串的大小,compareTo 方法的实现比较两个字符串中的字符,从第一个字符开始,如果当前字符小于参数字符串中的对应字符,则返回一个负数;如果当前字符大于参数字符串中的对应字符,则返回一个正数;如果当前字符等于参数字符串中的对应字符,则继续比较下一个字符,直到找到不相等的字符或者其中一个字符串结束。如果两个字符串相等,则返回 0。见以下代码

......
class NameComparator implements Comparator<Student> {
    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) {

        //String  自己重写的 compareTo 方法
        return o1.name.compareTo(o2.name);
    }
}
 NameComparator nameComparator = new NameComparator();
System.out.println(ageComparator.compare(students, students1));
//其他部分同以上代码,这里根据 name比较,同时这里省略了部分代码

2.借助comparable接口和comparator接口(比较器)给引用数组排序,在数组里面讲过给整型数组排序用Arrays.sort方法。给引用数组排序时,一定要指定根据什么排序。观察源码知道sort方法里面调用了compareTo 方法,故比较的类要实现comparable接口。通过该方法比较大小后进行排序(底层源码就不深究了)。compareTo 方法根据什么比较,我们就根据这个排序。见以下代码

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
public class Student implements Comparable<Student>{
    public String name;
    public 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 int compareTo(Student o) {
        //System.out.println("===fdsfsafdsafdsafdsafdsafdsafsafdsafa");
        return this.age - o.age;
    }
    }
class S {
    public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[3];
        students[0] = new Student("zhangsan",10);
        students[1] = new Student("lisi",4);
        students[2] = new Student("abc",5);
        System.out.println("排序前: "+ Arrays.toString(students));
        Arrays.sort(students);
        System.out.println("排序后: "+Arrays.toString(students));

    }
}
//输出结果
排序前: [Student{name='zhangsan', age=10}, Student{name='lisi', age=4}, Student{name='abc', age=5}]
排序后: [Student{name='lisi', age=4}, Student{name='abc', age=5}, Student{name='zhangsan', age=10}]

如果我们要用比较器呢,sort有许多重载方法,我们可以再传一个实现比较器的方法对象名,见以下代码

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
public class Student {
    public String name;
    public int age;

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

        @Override
        public int compare(Student o1, Student o2) {
            return o2.age - o1.age ;
        }
    }

    class NameComparator implements Comparator<Student> {
        @Override
        public int compare(Student o1, Student o2) {

            //String  自己重写的 compareTo 方法
            return o1.name.compareTo(o2.name);
        }
    }
class S {
    public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[3];
        students[0] = new Student("zhangsan", 10);
        students[1] = new Student("lisi", 4);
        students[2] = new Student("abc", 5);
       AgeComparator ageComparator = new AgeComparator();
        System.out.println("根据age进行排序");
        System.out.println("排序前: " + Arrays.toString(students));
        Arrays.sort(students, ageComparator);
        System.out.println("排序后: " + Arrays.toString(students));
NameComparator nameComparator=new NameComparator();
        System.out.println("根据name进行排序");
        System.out.println("排序前: " + Arrays.toString(students));
        Arrays.sort(students,nameComparator );
        System.out.println("排序后: " +Arrays.toString(students) );
    }
}
//输出结果
根据age进行排序
排序前: [Student{name='zhangsan', age=10}, Student{name='lisi', age=4}, Student{name='abc', age=5}]
排序后: [Student{name='zhangsan', age=10}, Student{name='abc', age=5}, Student{name='lisi', age=4}]
根据name进行排序
排序前: [Student{name='zhangsan', age=10}, Student{name='abc', age=5}, Student{name='lisi', age=4}]
排序后: [Student{name='abc', age=5}, Student{name='lisi', age=4}, Student{name='zhangsan', age=10}]

3.在浅拷贝与深拷贝中使用cloneable接口,该接口没有任何方法,仅仅表示实现他的类可以被克隆,此时该类就可以调用object类中的clone()方法了,该类自动导入包,不需要显示化导入包,拷贝方法返回值是一个object类,因为该方法修饰限定符是保护类型,故只能间接通过重写clone()方法调用super。点击鼠标右键,选择“Generate”选项,接着选择override methods,再选中clone()方法,IDE 会根据类中的字段自动生成以下代码

protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();  
    }

该默认代码只能实现浅拷贝,如果要用深拷贝。我们要对默认拷贝方法进行修改。

先实现浅拷贝:拷贝方法只能拷贝引用指向的对象,如果有对象引用指向了另外一个对象,该对象要拷贝的话只能用深拷贝。

class Money  {
    public  double m = 19.9;
}
class Person implements Cloneable {
    public String name;
    public int age;
    public Money money = new Money();
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();  //拷贝方法是保护的,故只能通过super访问,而super在main中只能间接访问
    }
}
     class Test {
    public  static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Person person = new Person("张三", 10);
        Person person2 = (Person) person.clone();//拷贝方法返回值是一个object类,故要强制转换
        System.out.println("person " + person.money.m);
        System.out.println("person2 " + person2.money.m);
        System.out.println("===========");
        person.money.m = 99.99;
        System.out.println("person " + person.money.m);
        System.out.println("person2 " + person2.money.m);
    }
    }
//输出结果
person 19.9
person2 19.9
===========
person 99.99
person2 99.99

以上代码在克隆person 但是我没看到你克隆money,那么怎么克隆呢?用深拷贝。如果有对象引用指向了一个另外对象,该对象要拷贝的话只能用深拷贝。我们要对默认拷贝方法进行修改


class Money  implements Cloneable {
    public  double m = 19.9;
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
class Person implements Cloneable {
    public String name;
    public int age;
    public Money money = new Money();
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override

    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Person tmp = (Person)super.clone();
        tmp.money = (Money) this.money.clone();
        return tmp;
    }
}
     class Test {
    public  static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Person person = new Person("张三", 10);
        Person person2 = (Person) person.clone();//clone
        System.out.println("person " + person.money.m);
        System.out.println("person2 " + person2.money.m);
        System.out.println("===========");
        person.money.m = 99.99;
        System.out.println("person " + person.money.m);
        System.out.println("person2 " + person2.money.m);
    }
    }
//输出结果
person 19.9
person2 19.9
===========
person 99.99
person2 19.9

五、 抽象类和接口的区别

核心区别:  子类必须重写所有的抽象方法,抽象类不需要

再次提醒: 抽象类存在的意义是为了让编译器更好的校验, Animal 这样的类我们并不会直接使用, 而是使用它的子类

六、Object类

ObjectJava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。

Object obj=new Person();//向上转型

Object类也存在有定义好的一些方法,对于整个Object类中的方法需要实现全部掌握。本小节当中,我们主要来熟悉这几个方法:toString()方法,equals()方法,clone()方法(上面写了)

1.toString()方法

因为以下源码,如果不重写,会输出一个地址。

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

在Java中,当你使用 System.out.println() 或 System.out.print() 输出一个对象时这是因为这些输出方法期望接收一个 String 类型的参数,但是你可以传递任何类型的对象,Java会自动调用该对象的 toString() 方法来转换它。下面是重写方案(通过技巧快速重写),重写后不再输出地址,

class Person implements Cloneable{
    public String name;
    public int age;

    public Money money = new Money();

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

2.equals()方法

以下是Object中equals()方法源码

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

    // ... 其他方法 ...
}

该方法返回值是object类型,比较的是两个对象的地址。

点击鼠标右键,选择“Generate”选项,接着选择 equals 和 hashCode 方法。IDE 会根据类中的字段自动生成以下代码

import java.util.Objects;
 @Override
        public boolean equals(Object o) {
            if (this == o) return true;
            if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
            Person person = (Person) o;
            return age == person.age && Objects.equals(name, person.name);
        }
        @Override
        public int hashCode() {
            return Objects.hash(name, age);
        }
以上代码导入了Objects这个类,他里面也有一个toString方法,可以比较字符串是否相同

以上代码导入了Objects这个类,他里面也有一个equals方法,可以比较字符串是否相同,

Objects.equals(name, name2);

然而String类自己提供了equals方法来比较字符串是否相同

name.equals(name2);

再Arrays这个类提供了equals方法来比较数组是否相同

例题:比较两个引用对象

import java.util.Objects;
    class Person implements Cloneable {
    public String name;
    public int age;
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
        @Override
        public boolean equals(Object o) {
            if (this == o) return true;
            if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
            Person person = (Person) o;
            return age == person.age && Objects.equals(name, person.name);
        }
        @Override
        public int hashCode() {
            return Objects.hash(name, age);
        }
}
     class Test {
         public static void main(String[] args) {

             Person person = new Person("张三", 10);
             Person person1 = new Person("张三", 10);
            // System.out.println(person == person1);//这里会比较地址
             System.out.println(person.equals(person1));
         }
     }
//输出结果
true

3.clone()方法

浅拷贝那里讲了,这里就不讲了。

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心中带点小风骚的头像心中带点小风骚普通用户
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