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JavaSE之抽象类和接口

article 2024/10/18 16:19:59

文章目录

抽象类
- 抽象类概念
- 抽象类语法
- 抽象类要点总结
接口
- 接口的概念
- 接口实例
- 接口间的多继承
- 接口要点总结
- Comparable接口
- Comparator接口
- Clonable接口
- - 深拷贝的代码实现
- 抽象类和接口的区别

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前言：本篇文章主要整理了抽象类的概念及语法、抽象类要点总结.接口的概念，通过实例进一步理解接口、接口间的多继承、接口要点总结、Comparable接口、Comparator接口、Cloneable接口、浅拷贝和深拷贝代码实现及其堆栈图、抽象类和接口的区别。

抽象类

抽象类概念

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，那么这样的类就是抽象类。
比如：
在这里插入图片描述

Animal类是动物类，其内部有一个bark方法，每个动物都有不同叫的方法，但是由于Animal类不是一个具体的动物，因此其内部bark()方法无法具体实现
Dog是狗类，与Animal类是继承关系，其次狗是一种具体的动物，其bark方法有具体的叫法，“汪汪汪”
Cat是猫类，与Animal类是继承关系，其次猫是一种具体的动物，其bark方法有具体的叫法，“喵喵喵”
所以这种Animal类中的bark()方法不需要有具体的实现，那么可以把Animal类设置为抽象类，只需让其具体的子类根据需要去重写这个抽象方法

在打印图形例子中, 我们发现, 父类 Shape 中的 draw 方法好像并没有什么实际工作, 主要的绘制图形都是由 Shape的各种子类的 draw 方法来完成的. 像这种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

抽象类语法

抽象类需要用abstract的关键字来修饰类，同时abstract关键字也可以修饰方法，被abstract修饰的方法称为抽象方法，抽象方法可以没有具体的实现。代码示例如下：

// 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
}

抽象类首先是一个类，和普通类一样，可以有普通方法和变量，甚至构造方法，可以被继承，唯一不同的是抽象类不能实例化对象

抽象类要点总结

被abstract修饰的类称为抽象类，被abstract修饰的方法称为抽象方法，抽象方法可以没有具体的实现
抽象类和普通类一样，可以定义普通类中的成员变量和成员方法，构造方法
抽象类不能实例化对象
如果一个类中包含抽象方法，那么这个类一定是抽象类（被abstract修饰）
抽象类就是用来被继承的，继承后，子类一定要重写抽象类中的所有抽象方法，不然会有红线

在子类B中要重写抽象类A中的所有抽象方法，代码示例如下：
   @Override
   public void func1() {
      
  }

如果不想重写抽象类的抽象方法，那么可以同样用abstract修饰子类；但是“出来混迟早是要还的”，如果再有一个类继承了这个类（已经继承了抽象类的类），那么必须重写这两个类中所有的抽象方法。

这里虽然B类使用abstract关键字修饰来避免了重写父类A中的抽象方法，但是C类继承了B类，C类还是要把A类和B类中的所有抽象方法全部重写
代码示例如下：
class C extends B {

   @Override
   public void func1() {
       
   }

   @Override
   public void func2() {

   }
}

抽象方法既然要被重写，就要遵循重写的规则，抽象方法不能被final、private、static修饰

被private关键字修饰后，说明这个变量或方法只能在当前类中被访问。有关private关键字的更多介绍，请移步封装.访问限定符
被static关键字修饰后，说明这个变量或方法是当前类的变量或方法，不属于某一个具体的对象，是所有对象共享的；随类的加载而创建，随类的销毁而卸载；而且只随类的创建加载一次，再次加载类或者new一个对象时，不会再次加载。有关static关键字的更多介绍，请移步封装.static

接口

接口的概念

接口类似一种功能，只要某个事物具备这样的功能，都可以实现这个接口。（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。

接口实例

实例一、
定义IShpe接口，Rect、Triangle、Cycle三个类实现IShape接口

public interface IShape {
    void draw();//默认被public abstract修饰，建议不加，代码更简洁
}

public class Rect implements IShape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一个矩形...");
    }
}

public class Triangle implements IShape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一个三角形...");
    }
}

public class Cycle implements  IShape{
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一个圆...");
    }
}

public class Test {
    public static void drawShape(IShape shape) {
        shape.draw();
    }
    public static void main(String[] args) {
        IShape rect = new Rect();
        IShape triangle = new Triangle();
        IShape cycle = new Cycle();
        drawShape(rect);
        drawShape(triangle);
        drawShape(cycle);
    }
}

运行结果：
画一个矩形…
画一个三角形…
画一个圆…

结果表明，向上转型也可以体现在类实现接口的关系上（同时也体现出了动态绑定和多态）

实例二、
实现笔记本电脑使用USB鼠标、USB键盘

USB接口：包含打开设备、关闭设备功能

public interface IUsb {
    void openDevice();
    void closeDevice();
}

鼠标类：实现USB接口，并具备点击功能

public class Mouse implements IUsb{
    @Override
    public void openDevice() {
        System.out.println("连接鼠标...");
    }

    @Override
    public void closeDevice() {
        System.out.println("关闭鼠标...");
    }
    public void click() {
        System.out.println("点击鼠标...");
    }
}

键盘类：实现USB接口，并具备输入功能

public class KeyBoard implements IUsb{

    @Override
    public void openDevice() {
        System.out.println("连接键盘...");
    }

    @Override
    public void closeDevice() {
        System.out.println("关闭键盘...");
    }
    public void input() {
        System.out.println("输入数据...");
    }
}

笔记本类：包含开机功能、关机功能、使用USB设备功能

public class Computer {
    public void openPower() {
        System.out.println("打开电脑...");
    }

    public void closePower() {
        System.out.println("关闭电脑...");
    }

    public void IUsbService(IUsb 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 Test {
    public static void main(String[] args) {
        Computer computer = new Computer();
        computer.openPower();
        //使用鼠标
        computer.IUsbService(new Mouse());
        //使用键盘
        computer.IUsbService(new KeyBoard());
        computer.closePower();
    }
}

运行结果：
打开电脑…
连接鼠标…
点击鼠标…
关闭鼠标…
连接键盘…
输入数据…
关闭键盘…
关闭电脑…

实例三、
一个类实现多个接口，定义Animal、Dog、Bird、Duck类，定义IRunable、ISwimable、IFlyable接口。让这些动物类实现合适的一个或多个接口
接口定义：

public interface IRunning {
    void run();
}

public interface ISwimming {
    void swim();
}

public interface IFlying {
    void fly();
}

各种类的定义

public class Animal {
    String name;
    int age;

    public Animal(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public void eat() {
        System.out.println("正在吃...");
    }
}

下面的代码展示了 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.

public class Dog extends Animal implements IRunning,ISwimming{
    public Dog(String name,int age) {
        super(name,age);
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name + " 正在跑...");
    }

    @Override
    public void swim() {
        System.out.println(this.name + " 正在游...");
    }
}

public class Bird extends Animal implements IFlying{
    public Bird(String name,int age) {
        super(name,age);
    }

    @Override
    public void fly() {
        System.out.println(this.name + " 正在飞...");
    }
}

public class Duck extends Animal implements IRunning,ISwimming,IFlying{
    public Duck(String name,int age) {
        super(name,age);
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name + " 正在跑...");
    }

    @Override
    public void swim() {
        System.out.println(this.name + " 正在游...");
    }

    @Override
    public void fly() {
        System.out.println(this.name + " 正在飞...");
    }
}

测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog("旺财",3);
        Bird bird =  new Bird("小飞飞",1);
        Duck duck = new Duck("唐老鸭",5);
        walk(dog);
        walk(duck);

        fly(bird);
        fly(duck);
    }
    public static void walk(IRunning iRunning) {
        iRunning.run();
    }

    public static void fly(IFlying iFlying) {
        iFlying.fly();
    }
}

运行结果：
旺财正在跑…
唐老鸭正在跑…
小飞飞正在飞…
唐老鸭正在飞…

run方法和fly方法，使用接口这种引用类型作为参数，可以不用关注类的调用者的具体类型，只要这个类具备这个功能特性（实现了这个接口），就可以使用

接口间的多继承

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.比如接口C 继承接口A和接口B,那C就具A和B的功能特性，当一个类实现这个接口C时，就要重写A、B、C接口中所有的方法

interface A {
    void testA();
}
interface B {
    void testB();
}
interface C extends A,B{
    void testC();
}
public class Test implements C{
    @Override
    public void testA() {

    }
    @Override
    public void testB() {

    }
    @Override
    public void testC() {

    }
}

接口要点总结

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
创建接口时, 接口的命名一般以大写字母 I 开头.
接口的命名一般使用 “形容词” 词性的单词.
阿里编码规范中约定, 接口中的方法和属性不要加任何修饰符号, 保持代码的简洁性
接口中不能定义构造方法，也不能定义有具体实现的方法（否则会有红线）
接口中如果要定义有具体实现的方法，要用static 或 default 关键字修饰
接口中可以定义变量，默认被public static final 修饰，为静态常量（如果用默认值以外的修饰符修饰，会有红线）
接口中可以定义没有具体实现的方法，默认被public abstract修饰，为抽象方法（如果用默认值以外的修饰符修饰，会有红线）
接口中变量或方法可以不加任何限定修饰符，它们都有自己的默认修饰符
接口和抽象类一样，不能直接实例化对象，接口是用来被类实现的
一个类实现接口，使用 implements关键字，代表类实现了接口
实现接口的类，要在类中重写接口中所有的（抽象）方法
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
一个类可以实现多个接口，中间用逗号隔开
接口与接口之间也可以存在继承关系，接口与接口之间可以多继承

Comparable接口

在Comparable接口源码中，有一个compareTo方法
在这里插入图片描述
现有一个学生类，需要对两个学生对象按照年龄进行比较。不能使用直接使用 >、<或== 来比较两个学生引用。
应该让Student类实现Comparable接口，然后在Student中按照比较需求重写这个接口中的compareTo方法。代码示例如下：

public class Student implements Comparable<Student>{
    String name;
    int age;
    public Student(String name,int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        if(this.age > o.age) {
            return 1;
        }else if(this.age == o.age) {
            return 0;
        }else {
            return -1;
        }
    }//可以把上面一堆代码是换成 return this.age-o.age
}

测试类：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student("zhangSan",18);
        Student student2 = new Student("liSi",17);
        int ret = student1.compareTo(student2);
        if(ret > 0) {
            System.out.println("student1 > student2");
        }else if(ret == 0) {
            System.out.println("student1 == student2");
        }else {
            System.out.println("student1 < student2");
        }

    }
}

运行结果：
student1 > student2

使用Arrays.sort() 对学生类数组students进行排序，下图是Arrays.sort() 的源码，可以看出Arrays.sort() 的底层也是使用了comparable接口，所以Student类必须要实现comparable接口，并根据比较需求重写compareTo方法。
【students数组中的每个元素都是学生对象，比较时也是通过冒泡排序的方式，源码中要对学生对象强转为comparable接口，并且使用compareTo方法，所以Student类必须实现comparable接口】
在这里插入图片描述
Student 类实现comparable接口，重写compareTo方法，使用Arrays.sort(students)对学生数组按照年龄排序，代码示例如下：

public class Student implements Comparable<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 +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        return this.age - o.age;
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student("zhangSan",18);
        Student student2 = new Student("liSi",17);
        Student student3 = new Student("aBao",13);
        Student[] students = new Student[3];
        students[0] = student1;
        students[1] = student2;
        students[2] = student3;
        Arrays.sort(students);
        System.out.println(Arrays.toString(students));
    }
}

运行结果：
[Student{name=‘aBao’, age=13}, Student{name=‘liSi’, age=17}, Student{name=‘zhangSan’, age=18}]

Student 类实现comparable接口，重写compareTo方法，使用Arrays.sort(students)对学生数组按照姓名排序，代码示例如下：

public class Student implements Comparable<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 +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        return this.name.compareTo(o.name);
    }
}

运行结果：
[Student{name=‘aBao’, age=13}, Student{name=‘liSi’, age=17}, Student{name=‘zhangSan’, age=18}]
只需改动compareTo方法的比较方式，测试类Test不变
【点进String类的源码，其实String类中也实现了Comparable接口，所以String类也重写了compareTo方法，因此对于String这种类的引用是可以调用compareTo方法，来比较两个引用类型的大小的】

使用冒号排序BubbleSort()实现 Arrays.sort()，按照姓名进行比较排序，代码示例如下：

public class Student implements Comparable<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 +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        return this.name.compareTo(o.name);
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student("zhangSan",18);
        Student student2 = new Student("liSi",17);
        Student student3 = new Student("aBao",13);
        Student[] students = new Student[3];
        students[0] = student1;
        students[1] = student2;
        students[2] = student3;
        bubbleSort(students);
        System.out.println(Arrays.toString(students));
        
    public static void bubbleSort(Student[] students) {
        for (int i = 0; i < students.length-1; i++) {
            for (int j = 0; j < students.length-1-i; j++) {
                if(students[j].compareTo(students[j+1]) > 0) {
                    Student tmp = students[j];
                    students[j] = students[j+1];
                    students[j+1] = tmp;
                }
            }
        }
    }
}

运行结果：
[Student{name=‘aBao’, age=13}, Student{name=‘liSi’, age=17}, Student{name=‘zhangSan’, age=18}]
students[j].compareTo(students[j+1]能够使用compareTo()比较的原因是，数组的每个元素都是Student类对象，而学生类实现了comparable接口，同时重写了compareTo方法

使用冒号排序BubbleSort()实现 Arrays.sort()，按照年龄从小到大进行比较排序，只需更改compareTo方法里面的比较方式。代码示例如下：

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        return this.age - o.age;
    }

如果想要按照年龄从大到小排序，只需将 return this.age - o.age改为return o.age - this.age

Comparator接口

Comparable接口的缺点：如果一个类已经实现了Comparable接口，并且根据需要已经重写了compareTo抽象方法，那么一般这个已经改写的抽象方法就不会再变了，比如说之前的业务都是使用年龄age来比较，但是如果确实需要通过姓名比较，也不能把原来已经重写好的方法再次改写按照姓名比较，这样一来以前使用年龄age比较的所有业务都会出错。那么我们可以使用一个新的接口Comparator接口，可以设置两种不同比较方式的类，让两个类都实现Comparator接口，分别按照比较需求重写Comparator中的抽象方法。

以下是comparator接口的源码，可以看到有两个抽象方法

这个接口里面有两个抽象方法，但是一个类实现了这个接口后只重写compare()方法就可以了，也不会报错。这是为啥子呢？解释：我们知道Object类是所有类的父类，其实在Object类中就有equals()方法的具体实现，而作为子类的AgeComparator也实现了Comparator接口，可以认为子类已经从父类继承了equals方法，近似认为已经重写了equals()方法，所以不需要再次重写equals()方法。

使用AgeComparator类中重写的compare()方法按照年龄比较，代码示例如下：

public class AgeComparator implements Comparator<Student> {
    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) {
        return o1.age - o2.age;
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student("zhangSan",18);
        Student student2 = new Student("liSi",17);
        AgeComparator ageComparator = new AgeComparator();
        int ret = ageComparator.compare(student1,student2);
        if(ret > 0) {
            System.out.println("student1 > student2");
        }else if(ret == 0) {
            System.out.println("student1 == student2");
        }else {
            System.out.println("student1 < student2");
        }
    }
}

运行结果：
student1 > student2

使用NameComparator类中重写的compare()方法按照姓名比较，代码示例如下：

public class NameComparator implements Comparator<Student> {
    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) {
        return o1.name.compareTo(o2.name);
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student("zhangSan",18);
        Student student2 = new Student("liSi",17);
        NameComparator nameComparator = new NameComparator();
        int ret = nameComparator.compare(student1,student2);
        if(ret > 0) {
            System.out.println("student1 > student2");
        }else if(ret == 0) {
            System.out.println("student1 == student2");
        }else {
            System.out.println("student1 < student2");
        }
    }

运行结果：
student1 > student2

Clonable接口

现通过一个实例总结使用clone()的注意事项；有一个Goods类,代码示例如下：

class Money {
    public double money = 9.9;
}
public class Goods {
    public String name;
    public Money money;

    public Goods(String name) {
        this.name = name;
        this.money = new Money();
    }
}

现需要创建一个Goods对象，并克隆这个对象。在Test类中，创建好了一个goods对象，当用这个对象的引用通过点访问clone()方法时，但实际点不出来clone()方法，此时可以在子类Goods中重写clone()方法，这时候就能点出来了。这是因为Object类中已经实现了clone()方法，所以作为子类的Goods类，重写这个方法后一定可以被访问。
但是我们发现还是会有红线，此时阅读Cloneable的源代码可以发现：
在这里插入图片描述

1 . 返回值是Object，所以要把Object类型的赋值给左边Goods类型的，必须要对右边进行强转为(Goods)。

    public static void main(String[] args) {
        Goods goods = new Goods("苹果");
        Goods goods1 = (Goods)goods.clone();
    }

强转之后发现还会有红线，这是因为throw CloneNotSuppurtedException是一个不支持克隆的异常，需要在编译时解决异常，解决异常的方法是：main()方法后加throw CloneNotSuppurtedException。

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Goods goods = new Goods("苹果");
        Goods goods1 = (Goods)goods.clone();
    }

解决当前类是否能被克隆，编译通过但运行时报错，是因为没有实现Cloneable接口，实现Cloneable接口后才能真正实现拷贝，

阅读Cloneable接口的源码发现，其内部没有任何方法，
那么实现这个接口有什么用呢？它只是用来标记当前类是可以被拷贝的

完整代码示例如下：

class Money {
    public double money = 9.9;
}
public class Goods implements Cloneable{
    public String name;
    public Money money;

    public Goods(String name) {
        this.name = name;
        this.money = new Money();
    }

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

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Goods goods = new Goods("苹果");
        Goods goods1 = (Goods)goods.clone();
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Goods goods = new Goods("苹果");
        Goods goods1 = (Goods)goods.clone();
        System.out.println("改变前goods money = " +goods.money.money );
        System.out.println("改变前goods1 money = " +goods1.money.money );

        goods1.money.money = 66.6;
        System.out.println("改变后goods money = " +goods.money.money );
        System.out.println("改变后goods1 money = " +goods1.money.money );
    }
}

运行结果：
改变前goods money = 9.9
改变前goods1 money = 9.9
改变后goods money = 66.6
改变后goods1 money = 66.6

通过以上测试类的结果说明，Money这个类的对象并没有被真正拷贝，新拷贝的goods1中的money这个引用还是指向了原来的地址，这是浅拷贝

使用堆栈图更能清晰的表示：

此时的goods1 和 goods 中的money引用所指向的对象是同一个对象（引用所存放的地址相同），所以在通过goods.money.money = 66.6这条语句改变money的值时，goods中的money也会改变，money引用指向的地址都是同一个地址

深拷贝的代码实现

以下是实现深拷贝的具体代码实现：

class Money implements Cloneable{
    public double money = 9.9;

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
public class Goods implements Cloneable{
    public String name;
    public Money money;

    public Goods(String name) {
        this.name = name;
        this.money = new Money();
    }


    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Goods tmp = (Goods)super.clone();
        tmp.money = (Money)this.money.clone();
        return tmp;
    }

}

public class Test {
    public static void main(String[] args)
            throws CloneNotSupportedException {
        Goods goods = new Goods("苹果");
        Goods goods1 = (Goods)goods.clone();
        System.out.println("改变前goods money = " +goods.money.money );
        System.out.println("改变前goods1 money = " +goods1.money.money );

        goods1.money.money = 66.6;
        System.out.println("改变后goods money = " +goods.money.money );
        System.out.println("改变后goods1 money = " +goods1.money.money );
    }
}

运行结果：
改变前goods money = 9.9
改变前goods1 money = 9.9
改变后goods money = 9.9
改变后goods1 money = 66.6

操作的堆栈图：

先拷贝一份goods 给 tmp，然后再对money这个引用的对象进行拷贝，把拷贝好的money对象的地址给 tmp.money。这里money引用也进行拷贝，所以Money也要实现Cloneable接口，重写clone()方法。

注意：从代码层次上，浅拷贝或深拷贝是由具体的代码实现来决定的，不能说某个clone()方法是浅拷贝或深拷贝

抽象类和接口的区别

抽象类中可以有普通成员变量和普通成员方法，构造方法，也可以有抽象方法；接口中可以定义变量，不能定义构造方法和有具体实现的方法(如果想有具体实现，使用static或default修饰)，接口中的方法默认是被public abstract 修饰（抽象方法），变量默认是被 public static final 修饰（静态常量）
抽象类使用 abstract 关键字；接口使用 interface 关键字
抽象类用来被继承,，关键字 extends；接口用来被实现，关键字 implements
类与类之间不支持多继承；接口可以实现多继承，一个类可以实现多个接口，接口与接口之间也可以继承，甚至继承多个接口

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