面向对象_抽象类与接口

藤椒鱼不爱编程2025-08-26 10:12

抽象类（abstract class）

抽象类是 Java 中一种特殊的类，用 abstract 关键字修饰，它不能被实例化，主要用于作为其他类的父类，提取 子类的共性并定义规范。

抽象类的核心特性

  1. 不能实例化

抽象类无法直接创建对象（new AbstractClass() 会编译报错），必须通过子类继承并实现所有抽象方法后，才能实例化子类对象。

java 复制代码 
abstract class Shape { ... }
// Shape shape = new Shape(); // 错误：抽象类不能实例化
  1. 可包含抽象方法和普通方法
  • 抽象方法：用 abstract 修饰，只有方法声明（无方法体），必须由子类强制重写。

语法：abstract 返回值类型 方法名(参数列表);

  • 普通方法：有完整的方法体（实现逻辑），子类可直接继承使用，也可选择重写。
  1. 可包含成员变量和构造方法
  • 成员变量：可使用任意访问修饰符（private/protected/public 等），子类可通过继承或 getter 访问。
  • 构造方法：抽象类有构造方法（用于子类初始化时调用），但不能直接用于实例化自身。

抽象类的定义与使用示例

java 复制代码 
public class AbstractDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 通过子类实例化（抽象类本身不能实例化）
        Shape circle = new Circle(5);
        Shape rectangle = new Rectangle(4, 6);

        System.out.println("圆的面积：" + circle.calculateArea()); // 78.5
        System.out.println("矩形的面积：" + rectangle.calculateArea()); // 24
        circle.display(); // 输出：这是一个图形
    }
}

// 抽象类：定义图形的共性
abstract class Shape {
    // 成员变量
    protected String color;

    // 构造方法（供子类调用）
    public Shape() {
        this.color = "白色";
    }

    // 抽象方法（必须由子类实现）：计算面积
    public abstract double calculateArea();

    // 普通方法（有实现）：显示图形信息
    public void display() {
        System.out.println("这是一个图形，颜色：" + color);
    }
}

// 子类1：圆形（继承抽象类并实现抽象方法）
class Circle extends Shape {
    private double radius;

    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }

    // 实现抽象方法：计算圆面积
    @Override
    public double calculateArea() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}

// 子类2：矩形（继承抽象类并实现抽象方法）
class Rectangle extends Shape {
    private double length;
    private double width;

    public Rectangle(double length, double width) {
        this.length = length;
        this.width = width;
    }

    // 实现抽象方法：计算矩形面积
    @Override
    public double calculateArea() {
        return length * width;
    }
}

抽象类的作用

  1. 提取共性，实现代码复用

将多个子类的共同属性（如 color）和方法（如 display()）定义在抽象类中，子类无需重复编写。

  1. 定义规范，强制子类实现

抽象方法（如 calculateArea()）规定了子类必须具备的功能，但不限制具体实现（圆和矩形的面积计算方式不同），既保证了一致性，又保留了灵活性。

  1. 作为多态的载体

抽象类的引用可以指向任意子类对象（向上转型），实现 "同一接口，不同实现" 的多态效果（如示例中用 Shape 引用分别指向 Circle 和 Rectangle）。

使用注意事项

  • 抽象类中可以没有抽象方法（全是普通方法），但此时仍不能实例化，通常用于禁止直接创建对象。
  • 子类继承抽象类后，必须重写所有抽象方法，否则子类也必须声明为抽象类（层层传递，直到某个子类完全实现）。
  • 抽象类不能用 final 修饰（final 类不能被继承，与抽象类的设计目的冲突）。

接口

接口（interface）是 Java 中定义行为规范的重要机制，它专注于描述 "能做什么 "，而不关心 "如何做"。

接口的核心组成（Java 8+）

接口可以包含常量 、抽象方法 、默认方法 和静态方法，具体规则如下：

常量定义

接口中的变量默认被 public static final 修饰（可省略），必须初始化且不可修改，本质是全局常量。

语法：[public static final] 数据类型 常量名 = 值;

示例：

java 复制代码 
interface MathConstants {
    double PI = 3.1415926; // 等价于 public static final double PI = ...
    int MAX_VALUE = 1000;  // 全局常量
}

抽象方法（核心）

接口中的抽象方法默认被 public abstract 修饰（可省略），只有方法声明，无方法体，必须由实现类实现。

语法：[public abstract] 返回值类型 方法名(参数列表);

示例：

java 复制代码 
interface Flyable {
    void fly(); // 等价于 public abstract void fly();
    void land(); // 抽象方法，需实现类重写
}

默认方法（Java 8 新增）

用 default 修饰，有方法体，供实现类直接使用或重写，解决接口升级时的兼容性问题（无需修改所有实现类）。

语法：public default 返回值类型 方法名(参数列表) { ... }

示例：

java 复制代码 
interface Flyable {
    void fly();
    
    // 默认方法（有实现）
    default void prepare() {
        System.out.println("准备飞行");
    }
}

// 实现类可直接使用默认方法
class Bird implements Flyable {
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("鸟飞行");
    }
    // 未重写prepare()，使用接口默认实现
}

// 实现类也可重写默认方法
class Plane implements Flyable {
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("飞机飞行");
    }
    
    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("飞机检查设备，准备飞行"); // 重写默认方法
    }
}

静态方法（Java 8 新增）

用 static 修饰，有方法体，属于接口本身，只能通过接口名调用，实现类不能重写。

语法：public static 返回值类型 方法名(参数列表) { ... }

示例：

java 复制代码 
interface Flyable {
    void fly();
    
    // 静态方法
    static void showInfo() {
        System.out.println("这是飞行接口");
    }
}

// 调用静态方法
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Flyable.showInfo(); // 正确：通过接口名调用
        // Bird.showInfo(); // 错误：实现类不能调用接口的静态方法
    }
}

接口的使用规则

  1. 实现接口 ：类通过 implements 关键字实现接口，需重写所有抽象方法（默认方法和静态方法可选重写 / 使用）。
java 复制代码 
class Bird implements Flyable {
    @Override
    public void fly() { ... } // 必须重写抽象方法
}
  1. 多实现：一个类可以实现多个接口（用逗号分隔），弥补 Java 单继承的限制。
java 复制代码 
interface Flyable { void fly(); }
interface Swimmable { void swim(); }

// 同时实现两个接口
class Duck implements Flyable, Swimmable {
    @Override public void fly() { ... }
    @Override public void swim() { ... }
}
  1. 接口继承接口：接口可以通过 extends 继承其他接口（支持多继承），子接口包含父接口的所有成员。
java 复制代码 
interface Moveable { void move(); }
interface Flyable extends Moveable { void fly(); } // 继承Moveable

// 实现子接口需重写所有抽象方法（包括父接口的）
class Plane implements Flyable {
    @Override public void move() { ... }
    @Override public void fly() { ... }
}
  1. 不能实例化：接口无法直接创建对象，必须通过实现类实例化，且接口引用可指向实现类对象（多态）。
java 复制代码 
Flyable flyable = new Bird(); // 接口引用指向实现类对象（多态）

接口的典型应用场景

  1. 定义规范 ：作为系统模块或组件的 "契约"，明确必须实现的功能（如 Runnable 接口规定线程任务）。
  2. 多态基础 ：通过接口引用实现 "同一接口，不同实现"（如 List 接口有 ArrayList、LinkedList 等实现）。
  3. 功能扩展 ：为类添加额外能力（无继承关系的类可实现同一接口，如 Bird 和 Plane 都实现 Flyable）。

区别与应用场景

核心区别（语法与特性）

对比维度 抽象类（ **abstract class**） 接口（ **interface**）
定义关键字 abstract class interface
继承 / 实现方式 子类用 extends 继承（单继承，一个类只能继承一个抽象类） 类用 implements 实现（多实现，一个类可实现多个接口）
成员变量 可包含任意修饰符的变量（private/protected/public等，可修改） 只能是 public static final 常量（必须初始化，不可修改）
方法类型 + 抽象方法（abstract，无实现） + 普通方法（有实现） + 静态方法（static） + 抽象方法（默认 public abstract） + 默认方法（default，有实现） + 静态方法（static，有实现）
构造方法 有构造方法（供子类初始化时调用） 无构造方法
实例化 不能直接实例化，需子类实现所有抽象方法后实例化子类 不能直接实例化，需实现类实现所有抽象方法后实例化实现类
设计意图 表示 "is-a" 关系（强调继承，描述 "是什么"） 表示 "has-a" 关系（强调功能，描述 "能做什么"）

应用场景选择

  1. 优先使用抽象类的场景
  • 提取子类共性属性和方法 ：当多个子类存在共同的属性（如 name、age）和已实现的方法（如 eat()）时，抽象类可作为 "模板" 统一管理这些共性，避免重复代码。

示例：

定义 Animal 抽象类，包含所有动物共有的 name 属性和 sleep() 方法，子类（Dog、Cat）只需实现各自的 makeSound()抽象方法。

  • 类之间存在明确的 " **is-a**" 继承关系：当子类是父类的 "一种具体类型" 时，适合用抽象类。

示例：Student is a Person、Car is a Vehicle，此时 Person 和 Vehicle 适合作为抽象类。

  • 需要定义非抽象方法：当多个子类需要复用相同的方法实现（而非重复编写）时，抽象类的普通方法可以满足这一需求。
  1. 优先使用接口的场景
  • 定义跨类别的功能规范：当不同类（无继承关系）需要具备相同的行为时，接口可作为 "功能契约"。

示例：Bird、Plane、Insect 无继承关系，但都能 "飞行"，可通过 Flyable 接口定义 fly() 方法。

  • 需要多实现能力：Java 不支持类的多继承，但一个类可实现多个接口，从而拥有多种功能。

示例：Duck 可同时实现 Swimmable（游泳）和 Flyable（飞行）接口，表明它 "既能游又能飞"。

  • 框架或 API 的规范定义：接口常用于定义模块间的交互标准（如回调接口、监听器），实现 "依赖倒置"（依赖抽象而非具体实现）。

示例：Runnable 接口定义线程任务的规范，List 接口定义集合的通用操作。

  • 接口升级兼容 ：Java 8+ 的默认方法（default）允许在接口中添加新方法而不影响现有实现类，适合接口的迭代升级。
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