【JAVASE】抽象类和接口及其抽象类和接口的区别

橘橙黄又青2024-04-15 1:10

✅作者简介：大家好，我是橘橙黄又青，一个想要与大家共同进步的男人😉😉

🍎个人主页：再无B～U～G-CSDN博客

目标：

  1. 抽象类
  2. 接口
  3. Object 类

1.🍎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 抽象方法 (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

在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。

java 复制代码 
// 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

1.3🍎抽象类特性

1. 抽象类不能直接实例化对象

java 复制代码 
Shape shape = new Shape();
// 编译出错
Error:(30, 23) java: Shape是抽象的; 无法实例化

2. 抽象方法不能是 private 的

java 复制代码 
abstract class Shape {
    abstract private void draw();
}
// 编译出错
Error:(4, 27) java: 非法的修饰符组合: abstract和private

3. 抽象方法不能被final和static修饰，因为抽象方法要被子类重写

java 复制代码 
public abstract class Shape {
    abstract final void methodA();
    abstract public static void methodB();
}
// 编译报错：
// Error:(20, 25) java: 非法的修饰符组合: abstract和final
// Error:(21, 33) java: 非法的修饰符组合

4. 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

java 复制代码 
// 矩形类
public class Rect extends Shape {
    private double length;
    private double width;
    Rect(double length, double width){
        this.length = length;
        this.width = width;
    }
    public void draw(){
        System.out.println("矩形: length= "+length+" width= " + width);
    }
    public void calcArea(){
        area = length * width;
    }
}
//圆类
public class Circle extends Shape{
    private double r;
    final private static double PI = 3.14;
    public Circle(double r){
        this.r = r;
    }
    public void draw(){
        System.out.println("圆：r = "+r);
    }
    public void calcArea(){
        area = PI * r * r;
    }
}
// 三角形类：
public abstract class Triangle extends Shape {
    private double a;
    private double b;
    private double c;
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("三角形：a = "+a + " b = "+b+" c = "+c);
    }
    // 三角形：直角三角形、等腰三角形等，还可以继续细化
    //@Override
    //double calcArea(); // 编译失败：要么实现该抽象方法，要么将三角形设计为抽象类
}

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

1.4🍎抽象类的作用

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。

2.🍎接口

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。


电脑的 USB 口上，可以插： U 盘、鼠标、键盘 ... 所有符合 USB 协议的设备
电源插座插孔上，可以插：电脑、电视机、电饭煲 ... 所有符合规范的设备
通过上述例子可以看出： 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 。
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。

2.2🍎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，就定义了一个接口。

java 复制代码 
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，跟推荐方式4，代码更简洁
}

接口中的成员方法是默认被public abstract 是固定搭配，可以不写

注意：

1. 创建接口时, 接口的命名一般以大写字母 I 开头.
2. 接口的命名一般使用 "形容词" 词性的单词.
3. 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.

2.3🍎接口使用

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 {
// ...
}

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。

接口案例分析：

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

代码：

java 复制代码 
// USB接口
public interface USB {
    void openDevice();
    void closeDevice();
}
// 鼠标类，实现USB接口
public 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
public 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
public 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();
    }
}

test类：

java 复制代码 
// 测试类：
public 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();
    }
}

2.4🍎接口特性

1. 接口类型是一种引用类型，但是不能直接new接口的对象

java 复制代码 
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的抽象方法, 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 ）

java 复制代码 
public interface USB {
    // Error:(4, 18) java: 此处不允许使用修饰符private
    private void openDevice();
    void closeDevice();
}

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

java 复制代码 
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. 重写接口中方法时，不能使用默认的访问权限

java 复制代码 
public interface USB {
    void openDevice(); // 默认是public的
    void closeDevice(); // 默认是public的
}
public class Mouse implements USB {
    @Override
    void openDevice() {
        System.out.println("打开鼠标");
    }
    // ...
}
// 编译报错，重写USB中openDevice方法时，不能使用默认修饰符
// 正在尝试分配更低的访问权限; 以前为public

5. 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（也就是常量） 变量

案例：

java 复制代码 
public interface USB {
    double brand = 3.0; // 默认被：final public static修饰
    void openDevice();
    void closeDevice();
}
public class TestUSB {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(USB.brand); // 可以直接通过接口名访问，说明是静态的
        // 编译报错：Error:(12, 12) java: 无法为最终变量brand分配值
        USB.brand = 2.0; // 说明brand具有final属性
    }
}

6. 接口中不能有静态代码块和构造方法

java 复制代码 
public interface USB {
    // 编译失败
    public USB(){

    }
    {

    } // 编译失败
    void openDevice();
    void closeDevice();
}

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 .

java 复制代码 
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 ".

java 复制代码 
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
猫 , 是会跑的 .

java 复制代码 
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");
    }
}

鱼 , 是会游的 .

java 复制代码 
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");
    }
}

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 。
还有一种神奇的动物 , 水陆空三栖 , 叫做 " 鸭子 "

java 复制代码 
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 .
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

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。
接口可以继承一个接口 , 达到复用的效果 . 使用 extends 关键字 .

java 复制代码 
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 {
  ...
}

通过接口继承创建一个新的接口 IAmphibious 表示 " 两栖的 ". 此时实现接口创建的 Frog 类 , 就继续要实现 run 方法, 也需要实现 swim 方法 .

2.7🍎接口使用实例

在这之前我们先讲一个知识

compareTo接口的使用

主要作用是实现比较大小

默认的比较方式可以重写

案例：

java 复制代码 
public class TestStudent {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "abc";
        String str2 = "abc";
        String str3 = "abc";
        String str4 = "cbc";
        System.out.println(str1.compareTo(str2));//和c语言的strcmp一样比较的是字符值
        System.out.println(str3.compareTo(str4));//和c语言的strcmp一样比较的是字符值
    }
}

输出结果：

compareTo比较对象里面的成员大小

java 复制代码 
//TestStudent类
public class TestStudent {
    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student(18,"zhanshang");
        Student student2 = new Student(19, "lisi");
        System.out.println(student1.compareTo(student2));
    }
}
//Student类
public class Student implements Comparable<Student>{
    int age;
    String name;
    public Student(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
//  名字比较大小
    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        if(this.name.compareTo(o.name) > 0){
            return 1;
        }else if(this.name.compareTo(o.name) == 0){
            return 0;
        }else{
            return -1;
        }
    }

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

}

输出结果：

当然也可以使用年龄比较大小

局限性：

给对象数组排序

代码展示：

java 复制代码 
//TestStudent类
import java.util.Arrays;

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

        students[0] = new Student(18,"zhanshang");
        students[1] = new Student(19, "lisi");
        students[2] = new Student(15, "wangwu");
        //排序前
        System.out.println(Arrays.toString(students));
        //排序中
        Arrays.sort(students);
        //排序后
        System.out.println(Arrays.toString(students));

}
//Student类
public class Student implements Comparable<Student>{
    int age;
    String name;
    public Student(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
    //名字比较大小
    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        if(this.name.compareTo(o.name) > 0){
            return 1;
        }else if(this.name.compareTo(o.name) == 0){
            return 0;
        }else{
            return -1;
        }
    }

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


}

输出结果：

这个说明：Arrays.ToString();排序数组的时候，底层会调用compareTo的方法进行排序。

注意事项 : 对于 sort 方法来说 , 需要传入的数组的每个对象都是 " 可比较 " 的 , 需要具备 compareTo 这样的能力 . 通 过重写 compareTo 方法的方式 , 就可以定义比较规则 .

2.8🍎Clonable 接口和深拷贝

Java 中内置了一些很有用的接口, Clonable 就是其中之一.（刚刚的compareTo接口也是）
Object 类中存在一个 clone 方法 , 调用这个方法可以创建一个对象的 " 拷贝 ". 但是要想合法调用 clone 方法 , 必须要先实现 Clonable 接口 , 否则就会抛出 CloneNotSupportedException 异常 .

Clonable 接口

克隆本身的类要支持克隆，要用上接口Cloneable

浅拷贝

案例：

java 复制代码 
class Money {
    public double m = 99.99;
}
class Person implements Cloneable{
    int age;
    public Money money = new Money();
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
public class TestDemo3 {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Person person1 = new Person();
        Person person2 = (Person) person.clone();
        System.out.println("通过person2修改前的结果");
        System.out.println(person1.money.m);
        System.out.println(person2.money.m);
        person2.money.m = 13.6;
        System.out.println("通过person2修改后的结果");
        System.out.println(person1.money.m);
        System.out.println(person2.money.m);
    }
}

// 执行结果
通过 person2 修改前的结果
99.99
99.99
通过 person2 修改后的结果
13.6
13.6

内部逻辑分析：

深拷贝：

代码：修改：

java 复制代码 
class Money implements Cloneable{
    public double m = 99.99;
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

}
class Person implements Cloneable{
    int age;
    public Money money = new Money();
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
         Person temp = (Person) super.clone();
         temp.money = (Money) this.money.clone();
         return temp;
    }
}

那么首先要Money要支持拷贝，对Money改：

对Person改：

2.9 🍎抽象类和接口的区别（重点）

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 ), 而接口中不能包含普通方法, 子类必须重写所有的抽象方法。
抽象类：

  • 抽象类是一种包含抽象方法的类，不能被实例化，只能被继承。
  • 抽象类可以包含普通方法和抽象方法，子类必须实现所有抽象方法才能被实例化。
  • 抽象类可以包含成员变量，构造方法，静态方法等。
  • 子类只能继承一个抽象类。
  • 抽象类可以用来定义子类的通用行为，提供默认实现。

接口：

  • 接口是一种抽象类型，只包含常量和抽象方法的定义，不能包含普通方法的实现。
  • 类可以实现多个接口，实现接口的类必须实现接口中定义的所有方法。
  • 接口中的方法默认是公共的抽象方法，不需要使用abstract关键字。
  • 接口主要用于定义类的契约，实现多态和解耦的目的。
  • 接口可以被用来描述对象的行为，而不关心对象的具体实现。

3.🍎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 父类。即所有类的对象都可以使用Object 的引用进行接收。
也就是说Object类可以是所有类的父类，一个子类没有继承其他类，默认这个类的父类是Object 类

范例：使用 Object 接收所有类的对象

没有报错
**Object的所有方法，**对于整个 Object 类中的方法需要实现全部掌握。

3.1 🍎hashcode方法

回忆刚刚的toString方法的源码：

public String toString () {
return getClass (). getName () + "@" + Integer . toHexString ( hashCode ());
}
我们看到了 hashCode() 这个方法，他帮我算了一个具体的 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。
该方法是一个 native 方法，底层是由 C/C++ 代码写的。我们看不到。
来一个案例：
我们认为两个名字相同，年龄相同的对象，将存储在同一个位置，如果不重写 hashcode() 方法，我们可以来看示例代码：

java 复制代码 
class Person {
    public String name;
    public int age;
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}
public class TestDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Person per1 = new Person("gaobo", 20) ;
        Person per2 = new Person("gaobo", 20) ;
        System.out.println(per1.hashCode());
        System.out.println(per2.hashCode());
    }
}
//执行结果
460141958
1163157884

注意事项：两个对象的hash值不一样。
像重写 equals 方法一样，我们也可以重写 hashcode() 方法。此时我们再来看看。

java 复制代码 
class Person {
    public String name;
    public int age;
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
}
public class TestDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Person per1 = new Person("gaobo", 20) ;
        Person per2 = new Person("gaobo", 20) ;
        System.out.println(per1.hashCode());
        System.out.println(per2.hashCode());
    }
}
//执行结果
460141958
460141958

注意事项：哈希值一样。
结论：

1 、 hashcode 方法用来确定对象在内存中存储的位置是否相同
2 、事实上 hashCode() 在散列表中才有用，在其它情况下没用。在散列表中 hashCode() 的作用是获取对象的 散列码，进而确定该对象在散列表中的位置。

好啦，今天的分享就到这里了 ，感谢观看。

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