112. Java 继承 - 抽象方法和类

抽象方法和类

抽象类 是一个声明为 abstract 的类，它不能被直接实例化。抽象类可能包含抽象方法，也可以没有抽象方法。抽象方法是没有具体实现的方法，它仅仅声明了方法的签名，而没有提供方法的实际代码实现。抽象类的作用是为子类提供一个模板，让子类根据自己的需要来实现这些抽象方法。

抽象方法

抽象方法的声明方式如下：

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abstract void moveTo(double deltaX, double deltaY);

在上面的例子中，moveTo 是一个抽象方法，它没有方法体。它仅定义了方法的签名，而没有提供实现。任何继承此抽象类的子类都必须实现该方法，除非子类本身也是抽象类。

抽象类

如果一个类中包含抽象方法，那么该类也必须声明为 abstract，如下所示：

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public abstract class GraphicObject {
    // 声明字段
    // 声明非抽象方法
    abstract void draw();
}

在这个例子中，GraphicObject 是一个抽象类，它包含一个抽象方法 draw()，要求所有继承该类的子类必须实现 draw() 方法。

注意：接口中的方法默认都是抽象的，除非明确声明为 default 或 static。因此，接口方法不需要显式地使用 abstract 关键字。

抽象类与接口的比较

抽象类和接口有许多相似之处，都是用于描述类的行为和结构，但它们有显著的不同之处。

抽象类

不能实例化：不能创建抽象类的实例。
可以包含字段 ：可以包含字段，包括非 static 和非 final 字段。
可以包含方法 ：可以包含具体实现的非 static 和非 final 方法。
继承限制：一个类只能继承一个抽象类。

接口

可以多继承：一个类可以实现多个接口。
方法默认是 abstract ：接口中的方法默认是抽象的，除非声明为 default 或 static。
字段：接口中的字段默认是 public static final。

何时使用抽象类，何时使用接口？

使用抽象类 ：如果希望在多个相关的类之间共享代码，或者类需要多个常用的字段或方法，或者需要使用 protected 或 private 等访问修饰符，那么应使用抽象类。
使用接口 ：如果期望不同的类实现相同的行为，但这些类没有任何继承关系（例如，Comparable 或 Cloneable 接口），或者希望支持多重继承时，应使用接口。

示例：

JDK 中的 AbstractMap 类就是一个抽象类，包含了许多可以共享的操作（如 get(), put() 方法）。具体实现如 HashMap 或 TreeMap 继承了该类并提供了具体实现。

另一方面，HashMap 类实现了多个接口，如 Serializable，Cloneable 和 Map<K, V>。这意味着 HashMap 的实例不仅是一个映射结构，还具备克隆和序列化的能力。

抽象类示例

假设我们正在开发一个面向对象的绘图应用程序，需要绘制不同的图形对象，如圆形、矩形、线条等。这些图形对象有一些共同的状态（如位置、颜色）和行为（如移动、旋转、调整大小、绘制）。但是，每种图形对象的绘制和调整大小方式可能不同。

定义抽象类

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abstract class GraphicObject {
    int x, y;  // 图形的坐标
    String color;  // 图形的颜色
    
    // 共享的行为
    void moveTo(int newX, int newY) {
        x = newX;
        y = newY;
    }

    // 需要子类实现的行为
    abstract void draw();
    abstract void resize();
}

在上面的例子中，GraphicObject 是一个抽象类，包含了所有图形对象共有的状态（如 x, y, color）和方法（如 moveTo）。但是，draw 和 resize 方法是抽象的，因为每种图形对象的绘制和调整大小方式不同，需要在子类中实现。

子类实现抽象方法

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class Circle extends GraphicObject {
    void draw() {
        System.out.println("Drawing a Circle at (" + x + ", " + y + ")");
    }

    void resize() {
        System.out.println("Resizing the Circle.");
    }
}

class Rectangle extends GraphicObject {
    void draw() {
        System.out.println("Drawing a Rectangle at (" + x + ", " + y + ")");
    }

    void resize() {
        System.out.println("Resizing the Rectangle.");
    }
}

在上面的代码中，Circle 和 Rectangle 是 GraphicObject 的子类，它们实现了 draw() 和 resize() 方法。每个子类根据其图形的不同特点提供了具体的实现。

当抽象类实现接口时

一个抽象类可以实现一个接口，但不需要实现接口中的所有方法。子类可以继承抽象类并实现接口中剩余的未实现方法。

例如：

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abstract class X implements Y {
    // 实现接口 Y 中的部分方法
}

class XX extends X {
    // 完成实现接口 Y 中剩余的方法
}

在这个例子中，类 X 实现了接口 Y，但是它没有实现接口中的所有方法，因此 X 被声明为抽象类。类 XX 继承了 X 并实现了接口 Y 中剩余的方法。

抽象类的静态成员

虽然抽象类不能被实例化，但它仍然可以拥有静态字段和静态方法。您可以像普通类一样使用静态方法，例如：

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abstract class AbstractClass {
    static void staticMethod() {
        System.out.println("Static method in abstract class");
    }
}

public class TestClass {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractClass.staticMethod();  // 直接通过类名调用静态方法
    }
}

静态方法和字段是类级别的，而不是实例级别的，因此您不需要实例化类就可以访问它们。

通过这些示例和扩展，抽象类和方法的概念应该更加清晰了。抽象类是面向对象编程中非常重要的一部分，它帮助我们建立类之间的共性，并在不同的子类中实现多态性。