Java---抽象类和接口

程序小猿2
39 阅读7分钟

开启掘金成长之旅！这是我参加「掘金日新计划·12月更文挑战」的第二十一天，点击查看活动详情

抽象类

由于多态的存在，每个子类都可以覆写父类的方法，例如：

class Person{
    public void run(){ ... }
}

class Student extends Person{
    @Override
    public void run() ( ... }
}

class Teacher extends Person{
    @Override
    public void run() { ... }
}

从Person类派生的Student和Teacher都可以覆写run()方法。

如果父类Person的run()方法没有实际意义，能否去掉方法的执行语句？

class Person{
    public void run();//Compile Error!
}

答案是不行的，会导致编译错误，因为定义方法的时候，必须实现方法的语句。

能不能去掉父类的run()方法？

答案还是不行的因为去掉父类的run()方法，就失去了多态的特性。例如，runTwice()就无法编译

public void runTwice(Person p) {
    p.run(); // Person没有run()方法，会导致编译错误
    p.run();
}

如果父类的方法本身不需要实现任何功能，仅仅是为了定义方法签名，目的是让子类去覆写它，那么，可以把父类的方法声明为抽象方法

class Person {
    public abstract void run();
}

把一个方法声明为abstract，表示它是一个抽象方法，本身没有实现任何方法语句。因为这个抽象方法本身是无法执行的，所以，Person类也无法被实例化。编译器会告诉我们，无法编译Person类，因为它包含抽象方法。

必须把Person类本身也声明为abstract，才能正确编译它：

abstract class Person {
    public abstract void run();
}

如果一个class定义了方法，但没有具体执行代码，这个方法就是抽象方法，抽象方法用abstract修饰。

因为无法执行抽象方法，因此这个类也必须申明为抽象类。

使用abstract修饰的类就是抽象类。我们无法实例化一个抽象类

Person p = new Person();//编译错误

无法实例化的抽象类有什么用？

因为抽象类本身被设计成只能用于被继承，因此，抽象类可以强迫子类实现其定义的抽象方法，否则编译会报错。因此，抽象方法实际上相当于定义了“规范”。

例如，Person类定义了抽象方法run()，那么，在实现子类Student的时候，就必须覆写run()方法；

public class Main{
    public static void main(String[] args){
        Person p = new Student();
        p.run();
    }
}

abstract class Person{
    public abstract void run();
}

class Student extends Person{
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("Student.run");
    }
}

面向抽象编程

当我们定义了抽象类Person，以及具体的Student、Teacher子类的时候，我们可以通过抽象类Person类型去引用具体的子类的实例：

Person s = new Student();
Person t = new Teacher();

这种引用抽象类的好处在于，我们对其进行方法调用，并不关心Person类型变量的具体子类型：

// 不关心Person变量的具体子类型:
s.run();
t.run();

同样的代码，如果引用的是一个新的子类，我们仍然不关心具体类型：

// 同样不关心新的子类是如何实现run()方法的：
Person e = new Employee();
e.run();

这种尽量引用高层类型，避免引用实际子类型的方式，称之为面向抽象编程。

面向抽象编程的本质就是：

  • 上层代码只定义规范（例如：abstract class Person）；
  • 不需要子类就可以实现业务逻辑（正常编译）；
  • 具体的业务逻辑由不同的子类实现，调用者并不关心。

接口

在抽象类中，抽象方法本质上是定义接口规范：即规定高层类的接口，从而保证所有子类都有相同的接口实现，这样，多态就能发挥出威力。

如果一个抽象类没有字段，所有方法都是抽象方法。

abstract class Person{
    public abstract void run();
    public abstract String getName();
}

就可以把该抽象类改写为接口：interface。

在Java中，使用interface可以声明一个接口

interface Person{
    void run();
    String getName();
}

所谓interface，就是比抽象类还要抽象的纯抽象接口，因为它连字段都不能有。因为接口定义的所有方法默认都是public abstract的，所以这两个修饰符不需要写出来（写不写效果都一样）。

当一个具体的class去实现一个interface时，需要使用implements关键字。举个例子：

class Student implements Person{
    private String name;
    
    public Student(String name){
        this.name;
    }
    
    @Override
    public void run(){
        System.out.println(this.name + "run");
    }
    
    @Override
    public String getName(){
        return this.name;
    }
}

我们知道，在Java中，一个类只能继承自另一个类，不能从多个类继承。但是，一个类可以实现多个interface，例如：

class Student implements Person, Hello { // 实现了两个interface    
...
}

术语

注意区分术语：

Java的接口特指interface的定义，表示一个接口类型和一组方法签名，而编程接口泛指接口规范，如方法签名，数据格式，网络协议等。

抽象类和接口的对比如下：

abstract classinterface
继承只能extends一个class可以implements多个interface
字段可以定义实例字段不能定义实例字段
抽象方法可以定义抽象方法可以定义抽象方法
非抽象方法可以定义非抽象方法可以定义default方法

接口继承

一个interface可以继承自另一个interface。interface继承自interface使用extends，它相当于扩展了接口的方法。例如：

interface Hello {    
    void hello();
}
interface Person extends Hello {    
    void run();    
    String getName();
}

此时，Person接口继承自Hello接口，因此，Person接口现在实际上有3个抽象方法签名，其中一个来自继承的Hello接口。

继承关系

合理设计interface和abstract class的继承关系，可以充分复用代码。一般来说，公共逻辑适合放在abstract class中，具体逻辑放到各个子类，而接口层次代表抽象程度。可以参考Java的集合类定义的一组接口、抽象类以及具体子类的继承关系：

┌───────────────┐
│    Iterable   │
└───────────────┘
        ▲         ┌───────────────────┐
        │         │       Object      │
┌───────────────┐ └───────────────────┘
│ Collection    │           ▲
└───────────────┘           │
   ▲      ▲       ┌───────────────────┐
   │      └───────│ AbstractCollection│
┌───────────────┐ └───────────────────┘
│ List          │           ▲
└───────────────┘           │
       ▲          ┌───────────────────┐
       └──────────│    AbstractList   │
                  └───────────────────┘
                           ▲ ▲
                           │ │
                           │ │
              ┌────────────┐ ┌────────────┐
              │ ArrayList  │ │ LinkedList │
              └────────────┘ └────────────┘

在使用的时候，实例化的对象永远只能是某个具体的子类，但总是通过接口去引用它，因为接口比抽象类更抽象：

List list = new ArrayList(); // 用List接口引用具体子类的实例
Collection coll = list; // 向上转型为Collection接口
Iterable it = coll; // 向上转型为Iterable接口

default方法

在接口中，可以定义default方法。例如，把Person接口的run()方法改为default方法

public class Main {
    public static void main(String[] args){
        Person p = new Student("Xiao Ming");
        p.run();
    }
}

interface Person{
    String getName();
    default void run(){
        System.out.println(getName() + "run");
    }
}

class Student implements Person{
    private String name;
    
    public Student(String name){
        this.name = name;
    }
    
    public Strng getName(){
        return this.name;
    }
}

实现类可以不必覆写default方法。default方法的目的是，当我们需要给接口新增一个方法时，会涉及到修改全部子类。如果新增的是default方法，那么子类就不必全部修改，只需要在需要覆写的地方去覆写新增方法。

default方法和抽象类的普通方法是有所不同的。因为interface没有字段，default方法无法访问字段，而抽象类的普通方法可以访问实例字段。

小结

  • 通过abstract定义的方法是抽象方法，它只有定义，没有实现。抽象方法定义了子类必须实现的接口规范；

  • 定义了抽象方法的class必须被定义为抽象类，从抽象类继承的子类必须实现抽象方法；

  • 如果不实现抽象方法，则该子类仍是一个抽象类；

  • 面向抽象编程使得调用者只关心抽象方法的定义，不关心子类的具体实现。

  • Java的接口（interface）定义了纯抽象规范，一个类可以实现多个接口；

  • 接口也是数据类型，适用于向上转型和向下转型；

  • 接口的所有方法都是抽象方法，接口不能定义实例字段；

  • 接口可以定义default方法（JDK>=1.8）。

avatar
文章
阅读
粉丝