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【java】抽象类和接口（了解，进阶，到全部掌握）

article 2024/10/23 0:45:23

各位看官早安午安晚安呀

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大家好我们今天来学习Java面向对象的的抽象类和接口，我们大家庭已经来啦~

一：抽象类

1.1: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，这样的类就是抽象类 。比如

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 (abstract method) , 包含抽象方法的类我们称为 抽象类（abstract class）

1.2：抽象类语法

// 抽象类：被 abstract修饰的类，抽象类也是类，也可以增加普通方法和属性

public abstract class Shape {

public int a；

// 抽象方法：被abstract修饰的方法，没有方法体

abstract public void draw ();

}

1.3 抽象类特性

1. 抽象类不能直接实例化对象

2. 抽象方法不能被 private，final，static修饰，因为抽象方法要被子类重写；private（只能在自己的类里面使用，密封方法），final（不能被继承）和static（静态方法，不依赖对象）

3：抽象类必须被继承，并且继承后子类要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（子类的子类要重写你俩的抽象方法（出来混，迟早都要还的））

4：被重写的方法不能比父类的访问权限更低（这是重写的要求）

4. 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

5. 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

第三条我说明一下：

abstract class Shape{
    public int a;
    public abstract void draw();
    
}
abstract class A extends Shape{
 public abstract void test(); 
 
}
class B extends A{
    @Override
    public void test() {
        
    }

    @Override
    public void draw() {
        
    }
}

只单独一个抽象方法也可以：（不过这继承毫无意义呀）

abstract class A extends Shape{
    
}

1.4：抽象类的作用：

（抽象类就是为了被继承，多了一层校验）

抽象类本身不能被实例化, 要想使用, 只能创建该抽象类的子类. 然后让子类重写抽象类中的抽象方法.

有些同学可能会说了, 普通的类也可以被继承呀, 普通的方法也可以被重写呀, 为啥非得用抽象类和抽象方法呢?

确实如此. 但是使用抽象类相当于多了一重编译器的校验

使用抽象类的场景就如上面的代码 , 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.

二：接口

2.1 接口的概念

（抽象类是特别类，接口是特殊的抽象类（限制更多）（就是利用向上转型，向下转型，动态绑定））

在现实生活中，接口的例子比比皆是，比如：笔记本上的 USB 口，电源插座等。

2.2：接口的语法

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

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（一般都不写，但是默认有）

成员变量默认被public static final 修饰

public void method2 ();

abstract void method3 ();

这两种真不好

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

}

2.3 接口使用

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。

我们一般说实现接口，继承父类

接口不能直接使用，必须要有一个 " 实现类 " 来 " 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 {

// ...

}

接下来我们利用接口实现一个操作：

请实现笔记本电脑使用 USB 鼠标、 USB 键盘的例子

1. USB 接口：包含打开设备、关闭设备功能

2. 笔记本类：包含开机功能、关机功能、使用 USB 设备功能

3. 鼠标类：实现 USB 接口，并具备点击功能

4. 键盘类：实现 USB 接口，并具备输入功能

// USB接口
//
interface USB {
    void openDevice();//默认被 public abstract修饰
    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){//传鼠标或者键盘的引用,向上转型
        usb.openDevice();
        if(usb instanceof Mouse){//
            Mouse mouse = (Mouse)usb;//向下转型
            mouse.click();//实现鼠标特有的功能
        }else if(usb instanceof KeyBoard){
            KeyBoard keyBoard = (KeyBoard)usb;//向下转型
            keyBoard.inPut();//实现键盘特有的功能
        }
        usb.closeDevice();
    }
}
// 测试类：
public class TestUSB {
    public static void main(String[] args) {
        Computer computer = new Computer();
        computer.powerOn();//打开笔记本电脑
// 使用鼠标设备
        computer.useDevice(new Mouse());//
// 使用键盘设备
        computer.useDevice(new KeyBoard());
        computer.powerOff();//关闭笔记本电脑
    }
}

2.4.接口特点：

抽象类前4条她都有（但是接口有更多的特点，不然怎么是特殊的抽象类呢（小编自己说的））

前四条（差不多）

1. 接口类型是一种引用类型，但是不能直接 new 接口的对象（不能实例化对象）

2. 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（和抽象类差不多）

3： 抽象方法不能被 private，final，static修饰

4：. 重写接口中方法时，不能使用默认的访问权限（不能比接口里面的方法的访问权限更低）

5：接口中的方法默认被public abstract 修饰，成员变量默认被 public static final 修饰（不加也默认），其他修饰符会报错

6. 接口中不能有静态代码块和构造方法（这一点抽象类可以有这些）

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

USB接口

8. jdk8中：接口中还可以包含 default 方法。

2.5：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口 。下面通过类来表示一组动物

首先我定义一个动物类（就只定义变量（大家公用嘛），活动让子类通过实现接口来重写）

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

然后我定义游泳，跑步，飞的接口（方法我没有方法体，让动物们来实现）

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

接下来我要定义几个动物：猫, 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 + "正在用猫腿跑");
    }
}

鱼, 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");
    }
}

青蛙还是两栖的呢：既会跑又会游泳（那就实现两个接口）

class Frog extends Animal implements IRunning, ISwimming {
    public Frog(String name) {
        super(name);
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name + "正在蛙跳");
    }
    @Override
    public void swim() {
        System.out.println(this.name + "正在蹬腿游泳");
    }
}

鸭子：会跑，会游泳，会飞（实现三个接口）

class Duck extends Animal implements IRunning, ISwimming, IFlying {
    public Duck(String name) {
        super(name);
    }
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println(this.name + "正在用鸭翅膀飞");
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name + "正在用鸭腿跑");
    }
    @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

超级重要！！！！！！

接下来就是向上转型（只要是你实现了这个IRunning接口，就可以被IRunning引用你的对象，你只需要把你的引用传过来，就发生了向上转型）

然后我传过去猫猫,青蛙，鸭子这些对象的引用（利用向上转型），一个引用，传递过来的对象不同，所表现的行为不同，这就是多态的思想

public class TestInterface {
    public static void running(IRunning iRunning){
       iRunning.run();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat("猫猫");
        running(cat);
        Duck duck = new Duck("鸭子");
        running(duck);
        Frog frog = new Frog("青蛙");
        running(frog);
    }
}

甚至机器人只要实现了这个接口，他也可以通过这个引用实现这个动作（只要实现了这个接口和是不是动物没关系）

 Robot robot = new Robot();
        running(robot);

class Robot implements IRunning{
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("正在用机器腿跑");
    }
}

这样设计有什么好处呢 ? 时刻牢记多态的好处 , 让程序猿 忘记类型 . 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

2.6 接口间的继承

类与类之间的继承只能单继承，但是接口之间的继承可以多继承（相当于把多个接口合并在了一起）（一个类也能继承多个接口）

说到合并（静态代码块也是合并）

接口可以继承一个接口, 达到复用的效果. 使用 extends 关键字

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 {
...
}

2.7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， 二者的区别前面我也讲述了一下（下面呢）

通过表格再说一下

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 )而且抽象类里面有构造方法

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，（而且成员变量都是全局常量）接口里面没有构造方法

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;
    }
}

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类。即所有类的对象都可以使用Object 的引用进行接收。

例如：

所以在开发之中， Object 类是参数的最高统一类型。但是 Object 类也存在有定义好的一些方法。如下：

我们先了解这几种方法

3.1：equals方法

首先我们看一下object类里面实现的equals方法（很显然就是两个引用在比较，就是比较两个地址是否一样）

既然是这样那么这个equals方法就和普通的比较没什么区别了（所以只要我们要用的话就只能重写这个方法（除非你就想这么用））

  public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person("zhangsan",18);
        Person person2 = new Person("zhangsan",18);
        Person person3 = person1;
        System.out.println(person1 == person2);//其实就是两个引用在比较
        
        //那我们换equals方法来比较呢？
        System.out.println(person1.equals(person2));//false
        System.out.println(person1.equals(person3));地址相等才相等（你来指向一个对象）
    }

那么我们就重新写一下这个方法：

 @Override
    public boolean equals(Object obj) {//返回true或者false
        if (obj == null) {
            return false ;
        }
        if(this == obj) {
            return true ;
        }
// 不是Person类对象
        if (!(obj instanceof Person)) {//判断obj是否是Person的实例（obj这个引用是否指向了Person类的对象）
            return false ;
        }
        Person person = (Person) obj ; // 向下转型，比较属性值
        return this.name.equals(person.name) && this.age==person.age ;
    }

}

接下来再运行一下：

显然就可以了

3.2.hascode方法：

回忆刚刚的toString方法的源码：

public String toString () {

return getClass (). getName () + "@" + Integer . toHexString ( hashCode ());（进化过处理的地址）

}

hashCode() 这个方法，帮我们算了一个具体的 对象位置 ，这里面涉及数据结构，但是我们还没学数据结构，没法讲述，所以我们只能说它是个内存地址。然后调用Integer.toHexString() 方法，将这个地址以 16 进制输出

hashcode方法源码：(该方法是一个 native 方法，底层是由 C/C++ 代码写的。我们看不到)

示例：
        Person person1 = new Person("zhangsan",18);
        Person person2 = new Person("zhangsan",18);

        System.out.println(person1.hashCode());
        System.out.println(person2.hashCode());
但是我们想要把两个名字相同，年龄相同的对象，存储在同一个位置，这个时候我们就要重写hashcode(）方法了
结果：

总结：

hashcode方法用来确定对象在内存中存储的位置是否相同，equals方法用来确定该对象的内容是否一样（我们重写的）

四：比较两个对象的大小以及排序对象数组：

4.1：比价两个对象的大小

引用类型不能直接这么比较

public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student("zhangsan",18);
        Student student2 = new Student("zhangsan",18);
        //System.out.println(student1 > student2);//引用类型不能这样比较
        
    }   
}

如果要比较的话：要实现一个接口（并且重写它的比较方法）

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) {
        return this.age - o.age;
    }
}

        Student student1 = new Student("zhangsan",18);
        Student student2 = new Student("zhangsan",12);
        System.out.println(student1.compareTo(student2));
        //结果为6

比较名字大小的时候我们直接可以用String类的CompareTo进行比较（String类已经对它进行重写了（后面在认识String类的时候我会讲到））

 System.out.println(student1.name.compareTo(student2.name));

4.2：排序对象数组

我们就用数组排序的方法Arrays.sort排序

  public static void main(String[] args) {
        Student []students = new Student[3];

       students[0] = new Student("zhangsan",18);
       students[1] = new Student("wangwu",20);
       students[2] = new Student("lisi",17);

       Arrays.sort(students);
        System.out.println(Arrays.toString(students));
}

但是编译器报错了，你要排序但是你要按照什么排序呢？年龄？还是名字？

这里我们可以看到他要把数组里边的元素类型强转为Comparable类型（所以我们就要去建立这个联系，实现这个接口）

在 sort 方法中会自动调用 compareTo 方法. compareTo 的参数是 Object , 其实传入的就是 Student 类型的对象.

package Demo1;

import java.util.Arrays;

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[] students = new Student[3];
        students[0] = new Student("zhangsan", 18);
        students[1] = new Student("wangwu", 20);
        students[2] = new Student("lisi", 17);
        Arrays.sort(students);
        System.out.println(Arrays.toString(students));
    }
}

结果：

在 sort 方法中会自动调用 compareTo 方法. compareTo 的参数是 Object , 其实传入的就是 Student 类型的对象.

4.3：我们自己实现一个（模拟实现一个）冒泡排序呢

注意，单独比较年龄或者姓名之后，这个类整体会被交换（而不是单独交换年龄或者姓名）（你们一起被交换）

public class Test {

    public static void bubbleSort(Comparable []comparables){
        for (int i = 0; i < comparables.length-1; i++) {
            int flag = 1;
            for (int j = 0; j < comparables.length-1-i; j++) {
                //这个明显是错误的（要去全部转换啊，）（Comparable 类型没有age这个变量，这个就是一个向上转型）
                /*int tmp = 0;
                tmp = comparables[i].age;
                comparables[i].age = comparables[i+1].age;
                comparables[i+1].age = tmp;
               flag = -1;*/
                if( comparables[i].compareTo(comparables[i+1]) > 0){
                    Comparable tmp = comparables[i];
                    comparables[i+1] = comparables[i];
                    comparables[i] = tmp;
                    flag = -1;
                }
            }
            if(flag ==1){
                break;
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[3];
        students[0] = new Student("zhangsan", 18);
        students[1] = new Student("wangwu", 20);
        students[2] = new Student("lisi", 17);
        bubbleSort(students);
        System.out.println(Arrays.toString(students));
        /*Arrays.sort(students);
        System.out.println(Arrays.toString(students));*/
    }
}

或者我们根本就不用实现接口呢（其实是因为String类帮我们实现过了）

用String类的compareTo方法

public class Test {
    public static void bubbleSort1(Student[]students){
        for (int i = 0; i <students.length-1; i++) {
            int flag = 1;
            for (int j = 0; j < students.length - 1 - i; j++) {
                if (students[j].name.compareTo(students[j + 1].name) > 0) {
                    Student tmp = students[j];
                    students[j] = students[j + 1];
                    students[j + 1] = tmp;
                    flag = -1;
                }
            }
            if(flag ==1){
                break;
        }
        }
    }

Comparable接口的耦合性是比较强的

当一个类实现了 Comparable 接口，它的比较逻辑就被硬编码在了类的定义中。这意味着如果需要改变比较逻辑，你必须修改这个类的源代码。这种实现方式的耦合性较强

目前我理解的是因为：Comparable的里的方法是compareTo，但是要比较名字的时候，Student实现Comparable接口，重写compareTo方法，你怎么在这个方法里面去比较字符串大小？（字符串大小比较需要String类重写的 compareTo方法去比较）

总不能compareTo里面嵌套compareTo吧？

这个时候我们就需要一个实现 另一个接口：Comparator接口（提供了更大的灵活性和解耦能力）

具体实现：

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




 public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[3];
        students[0] = new Student("zhangsan", 18);
        students[1] = new Student("wangwu", 20);
        students[2] = new Student("lisi", 17);
        AgeComparator ageComparator = new AgeComparator();
        System.out.println(ageComparator.compare(students[0], students[1]));
        NameComparator nameComparator = new NameComparator();
        System.out.println(nameComparator.compare(students[0], students[1]));
    }
}

冒泡呢？（就改了比较大小的呗，交换的步骤都不变）

 public static void bubbleSort2(Student[]students){
        for (int i = 0; i <students.length-1; i++) {
            int flag = 1;
            for (int j = 0; j < students.length - 1 - i; j++) {
                NameComparator nameComparator= new NameComparator();
                if (nameComparator.compare(students[j],students[j+1]) > 0) {
                    Student tmp = students[j];
                    students[j] = students[j + 1];
                    students[j + 1] = tmp;
                    flag = -1;
                }
            }
            if(flag ==1){
                break;
            }
        }
    }

五：克隆：

浅拷贝：

深拷贝：


class Money implements Cloneable{
    int m;
    public Money(int m) {
        this.m =m ;
    }
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

public class clonePreviousTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Person person1 = new Person("liHua", 18,new Money(10));
        Person person2 = (Person) person1.clone();
        person1.money.m = 100;
        System.out.println(person1.money.m);
        System.out.println(person2.money.m);
    }
}
class Person implements Cloneable {
    String name;
    int age;
    Money money;

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

    public Person(String name, int age,Money money) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.money = money;
    }

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

深拷贝这里就是全部都进行了拷贝，包括我们自定义的类型的值，由于异常我们现在还没有学习，具体的克隆我们放在异常的那一节进行讲解~~~