Java 高级类(上) —— 抽象类和接口

在面向对象的概念中,我们知道所有的对象都是通过类来描绘的,但是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。

       抽象类往往用来表征我们在对问题领域进行分析、 设计中得出的抽象概念,是对一系列看上去不同,但是本质上相同的具体概念的抽象,我们不能把它们实例化(拿不出一个具体的东西)所以称之为抽象。

  比如:我们要描述“水果”,它就是一个抽象,它有质量、体积等一些共性(水果有质量),但又缺乏特性(苹果、橘子都是水果,它们有自己的特性),我们拿不出唯一一种能代表水果的东西(因为苹果、橘子都不能代表水果),可用抽象类来描述它,所以抽象类是不能够实例化的。当我们用某个类来具体描述“苹果”时,这个类就可以继承描述“水果”的抽象类,我们都知道“苹果”是一种“水果”。

      在面向对象领域,抽象类主要用来进行类型隐藏。我们可以构造出一个固定的一组行为的抽象描述,但是这组行为却能够有任意个可能的具体实现方式。这个抽象描述就是抽象类,而这一组任意个可能的具体实现则表现为这个抽象类的所有派生类。

      接口和抽象类中的所有抽象方法不能有具体实现,而应在它们的子类中实现所有的抽象方法(要有函数体,哪怕{ }里是空的),Java的设计者可能为抽象方法的灵活性考虑,每个子类可根据自己的需要来实现抽象方法。


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:它只有方法声明,而没有方法的实现。抽象方法的声明格式为

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  1. 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。

       抽象类不能被实例化,必须被继承后才可以实例化。

       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。

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  1. public abstract class ClassName {  
  2.     abstract void fun();  
  3. }  
        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。


下面是一个实例:

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  1. public abstract class AbstractClass             //里面至少有一个抽象方法  
  2. {  
  3.    public int t;  //普通数据成员  
  4.    public abstract void method1();   //抽象方法,抽象类的子类在类中必须实现抽象类中的抽象方法  
  5.    public abstract void method2();   
  6.    public void method3();   //非抽象方法  
  7.    public int method4();  
  8.    publi int method4 (){  
  9.         …… //抽象类中可以赋予非抽象方法方法的默认行为,即方法的具体实现  
  10.    }  
  11.   
  12.        public void method3(){  
  13.         …… //抽象类中可以赋予非抽象方法方法的默认行为,即方法的具体实现  
  14.    }   
  15.   
  16. }  


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:

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  1. public interface InterfaceName {  
  2. }  
        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:

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  1. class ClassName implements Interface1,Interface2,[....]{  
  2. }  
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。

接口(interface)的定义方式如下:

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  1. public interface Interface  
  2. {   
  3.    static final int i;  //接口中不能有普通数据成员,只能够有静态的不能被修改的数据成员,static表示全局,final表示不可修改,可以不用static final 修饰,会隐式的声明为static和final  
  4.      
  5.    public void method1();  //接口中的方法一定是抽象方法,所以不用abstract修饰  
  6.      
  7.    public void method2();  //接口中不能赋予方法的默认行为,即不能有方法的具体实现  
  8. }  


三、抽象类和接口用法总结

 
接口
1 因为java不支持多重继承,所以有了接口,一个类只能继承一个父类,但可以实现多个接口,接口本身也可以继承多个接口。
2 接口里面的成员变量默认都是public static final类型的。必须被显示的初始化。
3 接口里面的方法默认都是public abstract类型的。隐式声明。
4 接口没有构造方法,不能被实例化。
5 接口不能实现另一个接口,但可以继承多个接口。
6 类如果实现了一个接口,那么必须实现接口里面的所有抽象方法,否则类要被定义为抽象类。

 
抽象类
1 如果将一个类声明为abstract,此类不能生成对象,只能被继承使用。 
2  抽象方法必须存在于抽象类中。
3  抽象类中可以有一般的变量和一般的方法。
4 子类继承抽象类必须实现其中抽象方法,除非子类为抽象类。 
   private void print(){};此语句表示方法的空实现。 
   abstract void print(); 此语句表示方法的抽象,无实现。

 
四、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:
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  1. abstract class Door {  
  2.     public abstract void open();  
  3.     public abstract void close();  
  4. }  
或者:
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  1. interface Door {  
  2.     public abstract void open();  
  3.     public abstract void close();  
  4. }  

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。
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  1. interface Alram {  
  2.     void alarm();  
  3. }  
  4.    
  5. abstract class Door {  
  6.     void open();  
  7.     void close();  
  8. }  
  9.    
  10. class AlarmDoor extends Door implements Alarm {  
  11.     void oepn() {  
  12.       //....  
  13.     }  
  14.     void close() {  
  15.       //....  
  16.     }  
  17.     void alarm() {  
  18.       //....  
  19.     }  
  20. }  

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