【JavaSE笔记】抽象类与接口

一、抽象类

1、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。

package demo2;
class Shape{public void draw(){System.out.println("画图形！");}
}
class Cycle extends Shape{@Overridepublic void draw() {System.out.println("⭕");}
}
class Rect extends Shape{@Overridepublic void draw() {System.out.println("矩形");}
}
public class Test {public static void drawMap(Shape shape){shape.draw();}public static void main(String[] args) {drawMap(new Rect());drawMap(new Cycle());}
}

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,。即使父类的draw方法里面不写任何内容，也不影响程序的正常进行。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)

抽象方法：这个方法没有具体的实现，使用关键字abstract进行修饰。

抽象类：不能完全代表一个具体的对象，此时使用abstract来修饰这个类。

2、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。

要注意：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

比如，将上面的Shape类改为抽象类。

//Shape 是一个抽象类，它包含普通方法、属性和构造方法。
abstract class Shape {// 普通属性：表示形状的颜色private String color;// 抽象方法：子类必须覆盖此方法以提供具体的实现public abstract void draw();// 构造方法：为抽象类 Shape 初始化颜色属性public Shape(String color) {this.color = color;}// 普通方法：打印形状的颜色public void printColor() {System.out.println("Shape color: " + color);}
}class Cycle extends Shape {// 覆盖抽象方法 draw()@Overridepublic void draw() {System.out.println("⭕");}// 子类构造方法调用父类构造方法，初始化颜色属性public Cycle(String color) {super(color);}
}class Rect extends Shape {// 覆盖抽象方法 draw()@Overridepublic void draw() {System.out.println("矩形");}// 子类构造方法调用父类构造方法，初始化颜色属性public Rect(String color) {super(color);}
}

3、注意

抽象类需要注意的地方：

• 抽象类和抽象方法都是使用abstract进行修饰的
• 抽象类不能进行实例化，但是普通类可以
• 抽象类中不一定包含抽象方法，但是包含抽象方法的类一定是抽象类
• 抽象类中可以定义普通的成员变量和成员方法
• 当普通类继承抽象类，此时在普通类中，一定要重写抽象类中的抽象方法
• 抽象类存在的最大意义，就是为了被继承
• 当一个抽象类继承一个抽象类，此时不需要重写。当一个普通类继承了抽象类，那么所有没有重写的抽象方法都要进行重写
• 抽象方法不能被final和static修饰，因为抽象方法要被子类重写
• final关键字不可能同时作用在一个方法或者类上
• 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

4、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。

【问题】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？

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 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。

二、接口

1、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。
以电脑的USB口为例：可以插U盘、鼠标、键盘…所有符合USB协议的设备

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。接口，也可以进一步看成是抽象类的进一步抽象。

2、语法

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。

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
}

提示：

• 创建接口时, 接口的命名一般以大写字母 I 开头

• 接口的命名一般使用 “形容词” 词性的单词

• 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

接口中，不能有实现的方法，但是有2种类型的方法需要注意：

1、静态方法可以有具体的实现

2、这个方法被default关键字修饰，也是可以的。

接口需要注意的地方：

• 接口是使用interface来定义的
• 接口当中的方法默认是public abstract修饰的
• 接口中的成员变量默认是public static final修饰的
• 接口也不能通过关键字new来进行实例化
• 类和接口之间，我们使用关键字implements来进行关联
• 当一个类实现一个接口后，这个类必须重写这个接口种的抽象方法
• 当接口当中存在default方法，可以选择重写，也可以选择不重写

3、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。

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”

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

class Cat extends Animal implements IRunning {public Cat(String name) {super(name);
}@Overridepublic void run() {System.out.println(this.name + "正在用四条腿跑");}
}

鱼，是会游泳的

class Fish extends Animal implements ISwimming {public Fish(String name) {super(name);
}@Overridepublic void swim() {System.out.println(this.name + "正在用尾巴游泳");}
}

青蛙, 是既能跑, 又能游的

class Frog extends Animal implements IRunning, ISwimming {public Frog(String name) {super(name);
}@Overridepublic void run() {System.out.println(this.name + "正在往前跳");}@Overridepublic void swim() {System.out.println(this.name + "正在蹬腿游泳");}
}

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

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

猫是一种动物, 具有会跑的特性.

青蛙也是一种动物, 既能跑, 也能游泳

鸭子也是一种动物, 既能跑, 也能游, 还能飞

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, 叫 “散步”

public static void walk(IRunning running) {System.out.println("我带着伙伴去散步");running.run();
}

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, 就行

Cat cat = new Cat("小猫");
walk(cat);
Frog frog = new Frog("小青蛙");
walk(frog);
// 执行结果
我带着伙伴去散步
小猫正在用四条腿跑
我带着伙伴去散步
小青蛙正在往前跳

4、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.

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。

接口间的继承相当于把多个接口合并在一起

5、抽象类和接口的区别

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。如之前写的 Animal 例子. 此处的 Animal 中包含一个 name 这样的属性, 这个属性在任何子类中都是存在的。因此此处的 Animal 只能作为一个抽象类, 而不应该成为一个接口。

class Animal {protected String name;public Animal(String name) {this.name = name;}
}

举个例子：假设我们正在为一个动物园编写一个程序。动物园的动物有一些共同的特征，如年龄、体重等，但它们的行为各不相同，例如叫声和移动方式。为了表示这些共同特征和行为，我们可以使用抽象类和接口。

抽象类：首先，我们可以创建一个名为Animal的抽象类。这个抽象类可以包含共同的属性（如年龄和体重）和一些抽象方法（如makeSound和move）。在这个例子中，Animal抽象类的代码可能如下所示：

public abstract class Animal {protected int age;protected double weight;public Animal(int age, double weight) {this.age = age;this.weight = weight;}public abstract void makeSound();public abstract void move();
}

接口：同时，我们可以创建一个名为Swimmable的接口，表示动物园中能够游泳的动物。这个接口可以包含一个swim方法。Swimmable接口的代码可能如下所示：

public interface Swimmable {void swim();
}

现在，我们可以创建具体的动物类，如Tiger和Dolphin。Tiger类可以继承Animal抽象类，并实现makeSound和move方法。而Dolphin类既可以继承Animal抽象类，也可以实现Swimmable接口，表示它还具有游泳的能力。

三、Object类

Object类是Java所有类的始祖，在Java中的每一个类都是由它拓展而来的。

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。

在Java中，只有基本类型不是对象，所有的数组类型，不管是对象数组还是基本类型的数组，都拓展了Object类。

class Person {}
class Student {}public class Test {public static void main(String[] args) {function(new Person());function(new Student());}public static void function(Object obj) {System.out.println(obj);}
}
// 执行结果：
// Person@1b6d3586
// Student@4554617c

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。

1、获取对象的信息

// Object类中的toString()方法实现：
public String toString() {return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}

2、对象比较equals方法

在Java中，== 进行比较时：

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

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

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（判断是否具有相同的引用）

// Object类中的equals方法
public boolean equals(Object obj) {return (this == obj); // 使用引用中的地址直接来进行比较
}

class Person {private String name;private int age;public Person(String name, int age) {this.age = age;this.name = name;}
}public class Test {public static void main(String[] args) {Person p1 = new Person("张三", 20);Person p2 = new Person("张三", 20);int a = 10;int b = 10;System.out.println(a == b); // 输出trueSystem.out.println(p1 == p2); // 输出falseSystem.out.println(p1.equals(p2)); // 输出false}
}

Person类重写equals方法后，然后比较：

class Person {private String name;private int age;public Person(String name, int age) {this.age = age;this.name = name;}@Overridepublic boolean equals(Object obj) {if (obj == null) {return false;}if (this == obj) {return true;}if (!(obj instanceof Person)) {return false;}Person person = (Person) obj;return this.name.equals(person.name) && this.age == person.age;}
}public class Test {public static void main(String[] args) {Person p1 = new Person("张三", 20);Person p2 = new Person("张三", 20);int a = 10;int b = 10;System.out.println(a == b); // 输出trueSystem.out.println(p1 == p2); // 输出falseSystem.out.println(p1.equals(p2)); // 输出true}
}

结论：比较对象中内容是否相同的时候，一定要重写equals方法。

3、 hashcode方法

public native int hashCode();

该方法是一个native方法，底层是由C/C++代码写的。

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：

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("张三", 20);Person per2 = new Person("张三", 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。

import java.util.Objects;class Person {public String name;public int age;public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}@Overridepublic int hashCode() {return Objects.hash(name, age);}
}public class TestDemo4 {public static void main(String[] args) {Person per1 = new Person("张三", 20);Person per2 = new Person("张三", 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。

3、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。

4、toString方法

在Java中，toString()方法是Object类的一个成员方法，而所有的类都继承自Object类。因此，任何Java对象都有toString()方法。

该方法的主要目的是返回对象的字符串表示形式。

toString()的默认实现是返回对象的类名，后面接上"@"，然后跟上对象的哈希码的无符号十六进制表示。

Person person = new Person();
System.out.println(person.toString()); 
// 默认可能会输出类似“Person@4a574795”

为了提供对象的更有意义的字符串表示，通常我们会在类中重写toString()方法。

public class Person {private String name;private int age;public Person(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "Person{name='" + name + "', age=" + age + "}";}
}

现在，当我们打印一个Person对象时：

Person person = new Person("Alice", 25);
System.out.println(person); // 输出：Person{name='Alice', age=25}

注意，当你打印一个对象（例如：System.out.println(person);）Java实际上是隐式调用这个对象的toString()方法。