9.抽象类和接口

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，这样的类就是抽象类

比如：

我们发现父类中的bark方法好像并没有什么实际工作，主要的操作都是由Animal的各种子类的bark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)

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

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

抽象类特性

1. 抽象类不能直接 实例化对象

2. 抽象方法不能是 private 的

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

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

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

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

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

抽象类的出现 就是为了被继承的 并且多了一层编译器的校验

接口

接口的概念

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

语法规则

接口的定义格式与定义类的格式基本相同，只是将class关键字换成 interface 关键字，这样就定义了一个接口

提示:

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

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

比如：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

接口特性

1.类和接口之间 使用关键字implements来实现接口

类实现接口还需要实现接口当中的抽象方法

比如这里的openDevice和closeDevice

2.接口当中的成员变量 默认是被 public static final 修饰的

默认为public static final 无法为最终变量sum分配值 说明sum具有final属性

3.接口当中的抽象方法 默认都是public abstract修饰的（只能是public abstract 其他修饰符都会报错）

但我们推荐使用方式4 代码更简洁

4.如果接口当中的方法 被default修饰 那么可以有具体的实现

5.如果接口当中的方法被static修饰 那么可以有具体的实现

6.接口不可以实例化的

7.一个接口对应一个字节码文件

8.如果一个类 不想实现这个接口当中的方法（抽象） 那么此时这个类就可以被定义为抽象类 但是这个抽象类如果被继承 那么就得实现所有 没有被实现的方法

9.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

因为接口中的方法默认为抽象方法 抽象方法内无具体实现内容

10.重写接口中的方法时 不能使用默认的访问权限

11.接口中不能有静态代码块和构造方法

静态代码块：静态代码块是在类被加载到JVM时执行的代码块，通常用于初始化静态变量。但是，由于接口不能被实例化（即没有类对象），因此它们没有加载的时机，也就没有执行静态代码块的必要。所以，Java不允许在接口中定义静态代码块。

构造方法：构造方法是用于创建和初始化对象的方法。但是，由于接口不能被实例化（即不能创建对象），因此它们不需要构造方法。所以，Java不允许在接口中定义构造方法

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

例如：动物的行为：游泳 跑 飞

我们能不能把游泳、跑、飞写到Animal这个类当中？或者写到其他类中？

不能把这三个行为都写到Animal这个类中 因为这并不是所有动物的共性 其次 因为不支持多继承 所以也不能写到其他类中

这时候便可以使用接口

所以 接口的出现 解决了java不能多继承的问题（注意：并不是因为接口能使java可以多继承）

接下来 我们具体实现一下上述例子：

父类Animal:

现在我们提供接口：

接下来我们再创建几个具体的动物

注意：一个类实现多个接口时 每个接口的抽象方法都要实现 否则类必须设置为抽象类

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

鸟是一种动物 具有会飞的特性

狗也是一种动物 既能跑 也能游泳

鱼也是一种动物 会游泳

这里我们直接用new关键字创建对象 并直接作为函数func1的参数

这里便体现到了多态

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

例如：现在实现一个方法

在这个walk方法内部 我们并不关注到底是哪种动物 只要参数是会跑的 即可

甚至参数可以不是动物 只要会跑即可

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

通过接口继承一个新的接口IAmphibious 表示"两栖的" 此时实现接口创建的Frog类 就得继续实现run方法和swim方法 否则就得将Frog类设置为抽象类

接口间的继承相当于把多个接口合并在一起.

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

范例：使用 Object 接收所有类的对象

这里的demo2是我创建的包

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：

对于整个Object类中的方法需要全部掌握。

本小节当中，我们主要来熟悉这几个方法：toString()方法，equals()方法，hashcode()方法

获取对象信息：toString

如果要打印对象中的内容，可以直接重写Object类中的toString()方法

toString方法原型：

假如我们不重写就是如下输出结果

现在我们重写toString方法

对象比较： equals 方法

在Java中，==进行比较时：

a.如果==左右两侧是基本类型变量，比较的是变量中值是否相同

b.如果==左右两侧是引用类型变量，比较的是引用变量地址是否相同

c.如果要比较对象中内容，必须重写Object中的equals方法，因为equals方法默认也是按照地址比较的：

现在把Dog类的equals方法重写后 然后比较

结论：比较对象中内容是否相同的时候 一定要重写equals方法

hashcode方法

回忆刚刚的toString方法的源码：

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，所以我们只能先说它是个内存地址。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

我们这里认为两个名字相同，年龄相同的对象，就是同一对象，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：

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

如：

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

接口使用实例

给对象数组排序

再给定一个学生对象数组, 对这个对象数组中的元素进行排序(按分数降序)

按照我们之前的理解, 数组我们有一个现成的 sort 方法, 能否直接使用这个方法呢?

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: class demo4.Student cannot be cast to class java.lang.Comparable

仔细思考, 不难发现, 两个整数是可以直接比较的, 大小关系明确. 而两个学生对象的大小关系怎么确定? 需要我们额外指定让我们的 Student 类实现 Comparable 接口, 并实现其中的 compareTo 方法

关于Comparable接口

在Java中，Comparable接口用于定义一个对象的自然排序方式。如果一个类实现了Comparable接口，它必须提供一个compareTo(T o)方法的实现，该方法用于比较当前对象与指定对象之间的顺序。这个方法返回一个整数，根据这个整数可以确定当前对象是在指定对象之前、之后还是与指定对象相等

1. 当前的自定义类 到底要根据什么样的规则 去进行比较呢？
2. 这个规则又该如何定义呢？

例如：

在该例子中 我们是以score为标准去进行排序的

在sort方法中会自动调用compareTo方法 compareTo的参数类型是Object 这里其实传入的就是Student类型的对象（在该段代码中 如果传入的不是Student类型的对象会抛出异常---》可以使用带泛型类型参数的Comparable接口解决该问题（讲解在下面））

然后比较当前对象和参数对象的大小关系（这里是按分数score比较）

如果当前对象应排在参数对象之前, 返回小于 0 的数字;

如果当前对象应排在参数对象之后, 返回大于 0 的数字;

如果当前对象和参数对象不分先后, 返回 0;

再次执行程序, 结果就符合预期了

运行结果：

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

注意：

这里我们还需要解释一下 在重写compareTo方法时 我们的参数是Object类型 然后我们需要向下转型 使其转变为我们要比较的类型 的对象

这样做不仅代码冗长 而且容易在运行时抛出ClassCastException异常 如果传入的对象不是Student类型的话

这种做法在java 5之前的版本中较为常见 但在java 5及其以后的版本中 由于泛型的引出 这种做法已经不太推荐使用了

那又该如何呢？

解决方法：

Comparable内部实现：

在我们的例题中：

带泛型类型参数（Comparable<Student>)

如果我们写 implements Comparable<Student>，那么 compareTo 方法将接受一个 Student 类型的参数，这样就保证了类型安全，并且代码更加简洁和清晰

在现代Java编程中，我们应该始终使用带泛型类型参数的 Comparable 接口，即 Comparable<T>，其中 T 是类的类型。这样做将确保我们的代码是类型安全的，并且更易于理解和使用

现在我们对上述代码进行优化：

在compareTo方法中 我们可以用一行代码来完成我们的排序

第一个代码是按升序来排序（看score的值）

第二个代码是按降序来排序

关于Arrays.sort()如何根据compareTo的返回值进行排序：

Arrays.sort()方法使用了一种称为TimSort的排序算法（它是合并排序和插入排序的混合体），但重要的是它知道如何基于compareTo方法的返回值来比较和重新排列元素。

当Arrays.sort()开始排序时，它会遍历数组中的元素，并使用compareTo方法来确定它们的相对顺序。

如果compareTo方法返回正数，Arrays.sort()知道当前元素（this）应该在参数元素（o）之后。

如果compareTo方法返回负数，Arrays.sort()知道当前元素应该在参数元素之前。

如果compareTo方法返回零，Arrays.sort()知道两个元素是相等的，并且它们的相对顺序在排序后不会改变

在我们写的第二个代码中 当前元素大于参数元素时返回值为 -1 表示当前元素在参数元素之前 所以为降序

当然我们还可以比较name

输出结果：

String类的compareTo方法会比较两个字符串的字典顺序，并返回一个整数来表示它们之间的关系：

如果this.name在字典顺序上小于o.name，返回一个负数。

如果this.name在字典顺序上等于o.name，返回0。

如果this.name在字典顺序上大于o.name，返回一个正数

结论：只要是自定义的类型 涉及到了 大小的比较

学到目前来说：一定得实现Comparable接口!!!

为了进一步加深对接口的理解, 我们可以尝试自己实现一个 sort 方法来完成刚才的排序过程(使用冒泡排序)---我们这里还是以score为比较元素

为什么我们sort方法的参数要用Comparable接口呢？

在sort方法中，我们希望能够对一个数组进行排序，但这个数组可以包含任何实现了Comparable接口的对象。通过使sort方法的参数为Comparable[]类型，便可以对任何类型的数组进行排序，只要该类型的对象实现了Comparable接口

结论：

在Java中，如果你希望一个类的对象能够相互比较，那么该类需要实现Comparable接口，并且必须重写compareTo方法

但compareTo方法也有缺陷

compareTo方法的缺陷：compareTo 方法通常基于类的一个或多个固定字段进行比较 不适合非常灵活的比较

比如：我们刚开始是以score为标准进行比较的 这时便需要重写compareTo方法 但如果我们想以name为标准进行比较 需要重新再重写一次compareTo方法

这便不灵活的原因

根据不同的属性进行比较 不能每次重新修改 类已经写好的方法

解决方法：换一个接口解决

关于Comparator接口

我们看到该接口形式与Comparable相同

在使用Comparator接口去进行比较对象的属性大小时 我们需重写其内部的compare方法

compare方法：

现在我们举例：

输出结果为：

Comparable接口和Comparator接口区别

在Java中，Comparator接口与Comparable接口都是用于对象比较，但它们在使用场景和灵活性上有所不同。

Comparable接口：

Comparable接口是Java集合框架的一部分，它允许对象的自然排序。

关于"自然排序"，我们并不是指它(Comparable)只能用于降序排序，而是指它提供了一种默认的、自然的排序方式，这种方式是与类的状态紧密相关的，并且通常是按照类的某个或某些属性进行升序排序(默认情况下)

一个类实现了Comparable接口，就表明这个类的对象之间可以相互比较。

compareTo方法必须在该类的内部实现，用于定义对象的自然排序规则。

自然排序规则是固定的，与该类对象一起存在。

Comparator接口：

Comparator接口允许程序员定义自定义的比较逻辑，而不是依赖对象的自然排序。

当你需要多种不同的排序方式时，或者排序逻辑与对象的状态无关时，使用Comparator接口是非常有用的。

Comparator通常作为一个单独的类（或匿名类、Lambda表达式）实现，并在需要时传递给排序方法。

你可以为一个类实现多个Comparator，每个Comparator代表一种不同的排序方式

总结:

如果你希望一个类的对象具有固定的自然排序规则，并且该规则与对象的状态紧密相关，那么使用Comparable接口。

如果你需要为对象定义多种不同的排序规则，或者排序逻辑与对象的状态无关，那么使用Comparator接口。

Comparable接口通常用于实现类的自然排序，而Comparator接口通常用于实现类的定制排序

在讲完Comparable接口和Comparator接口后 我们回过头来 做一道题

如何通过一个方法(Swap)实现两个变量（实参） 值的交换

我们知道在C语言中 我们通过传址调用即可完成 但我们Java中没有指针(地址)概念 怎么去完成呢

代码如下：

我们作图解释：

在swap方法调用时 图是如下的

然后因为myV1和myV2分别指向了一个对象（和myValue1、myValue2指向同一对象）

然后借用tmp交换了对象中的值val 随着方法调用的结束 myV1和myV2和tmp被回收 myValue1和myValue2的值交换成功

Cloneable接口和深拷贝

关于Cloneable接口

在Java中，Cloneable接口是一个标记接口（marker interface），它本身不包含任何方法。当一个类实现了Cloneable接口时，这个类的对象就可能被clone()方法成功地复制。这个接口主要用于对象拷贝的授权：如果某个类没有实现Cloneable接口，而你又试图调用它的clone()方法，那么将会抛出CloneNotSupportedException异常。

需要注意的是，clone()方法是Object类的一个protected方法，这意味着只有同包内的类或者该类的子类才能直接访问它。但是，即便你能够从子类直接访问clone()方法，如果该类没有实现Cloneable接口，调用clone()方法仍然会抛出CloneNotSupportedException。

Cloneable接口的主要用途是作为一个安全检查机制，用于控制哪些类的对象可以被复制。这允许类设计者决定是否允许对象被复制，以及如何控制复制过程

结论：

clone()方法是Object类的一个protected方法 要想合法调用clone方法 必须要先实现Cloneable接口

我们依然画图来解释该代码：

这里我们其实只克隆了Person对象 并没有克隆Money对象

所以我们修改person2.m.money=9.99会使得person1.m.money也变为9.99

这种现象即为：浅拷贝

当然有浅拷贝就有深拷贝

如果这里的Money也被克隆了 就称为深拷贝

现在我们试着克隆下Money

该图中的绿色框框即完成了深拷贝 拷贝了Money对象

我们依旧用图解释

在这里 当clone方法调用时 person2指向tmp指向的对象 当clone方法结束 tmp回收 此时只有person2指向tmp之前所指的对象