java抽象类和接口

前言：

在 Java 编程中，抽象类和接口是面向对象编程（OOP）中的重要概念。它们都是用来定义抽象类型的机制，来帮助程序员构建更加灵活、可维护和可扩展的软件系统。

但是随着软件系统规模的不断扩大和复杂度的增加，代码的复用性和可维护性变得至关重要。抽象类和接口提供了一种有效的方式来实现多态性，使得不同的类可以以统一的方式进行处理，并且能够对行为进行抽象定义，让具体的实现类去负责实现细节。于是就产生了抽象类和接口，让我们赶快去行动起来，学习吧！！！

本期目标：

1.抽象类

2.接口

3.Object类

1. 抽象类

1.1 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：

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, 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).

1.2 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

1.3 抽象类特性

1. 抽象类不能直接实例化对象

我们可以看到Shape是抽象的; 无法实例化 （报出错误）

2. 抽象方法不能是 private 的

我们可以看到编译出错（非法的修饰符组合: abstract和private ）

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

1.4 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.

接口的创建

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2. 接口

2.1 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。

2.2 语法规则

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。

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.

2.3 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。

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。

请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

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2.4 接口特性

1. 接口类型是一种引用类型，但是不能直接new接口的对象

2. 接口中每一个方法都是public的抽象方法, 即接口中的方法会被隐式的指定为 public abstract（只能是 public abstract，其他修饰符都会报错)

3. 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

4. 重写接口中方法时，不能使用默认的访问权限

当一个类实现接口时，重写接口中的方法必须使用public访问修饰符。这意味着在实现接口中的方法时，不能使用默认的访问权限（包级，package-private）。这是因为接口中的方法默认是public，在重写时必须遵循“不能缩小访问权限”的原则。

为什么不能使用默认的访问权限？

• 接口中的默认方法是public：接口方法默认是public abstract，即使你没有显式声明，它们也是public。
• 访问权限不能缩小：在Java中，当重写父类或接口的方法时，子类的访问权限不能比父类或接口更严格。如果接口中的方法是public，重写时该方法的访问权限也必须是public，否则编译会报错。

示例

错误示例：尝试使用默认访问权限重写接口方法

正确示例：使用public重写接口方法

解释：

• 在接口Animal中，eat()方法是public，因此在Dog类中实现该方法时，必须使用public修饰符，不能使用默认访问权限以及严格的权限（如private或protected）。

总结：

• 接口中的默认方法是public。
• 重写接口方法时，访问权限不能比接口中的声明必须更严格，因此重写时使用public。
• 包级实体（默认）访问权限不能用于实现接口方法，否则会导致编译错误。

5. 接口中可以含有变量，但是接口中的变量会被隐式的指定为 public static final 变量

6. 接口中不能有静态代码块和构造方法

7. 接口虽然不是类，但是接口编译完成后字节码文件的后缀格式也是.class

8. 如果类没有实现接口中的所有的抽象方法，则类必须设置为抽象类

9. jdk8中：接口中还可以包含default方法。

2.5 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.

2.6 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.

2.7 接口使用实例

结果：

重点：

1. 接口定义：interface关键字用于定义接口，接口中的方法默认是public和abstract的。
2. 接口的实现：类通过implements关键字实现接口，并必须提供所有接口方法的实现。
3. 多态性：可以使用接口类型来实现该接口的对象引用，例如Animal myDog = new Dog();，这使得代码更加灵活和解耦合。

2.8Clonable 接口和深拷贝

Cloneable接口

Java中的Cloneable接口是一个标记接口，它不包含任何方法，仅用于标识一类的对象，可以通过浅拷贝进行复制。为了实现克隆，类需要：

1. 实现Cloneable接口。
2. 重新写Object类中的clone()方法。

如果一个类不实现Cloneable接口而直接调用clone()方法，会发送CloneNotSupportedException。

Cloneable接口的使用（浅拷贝）

浅复制（Shallow Copy）意味着对象中的基本类型字段会被复制，但如果对象包含引用类型（如其他对象的引用），则这些引用不会被复制，复制后的对象与原对象共享这些引用。

2.9 抽象类和接口的区别

抽象类和接口都是 Java 中多态的常见使用方式. 都需要重点掌握. 同时又要认清两者的区别(重要!!! 常见面试题).

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.

再次提醒: 抽象类存在的意义是为了让编译器更好的校验, 像 Animal 这样的类我们并不会直接使用, 而是使用它的子类. 万一不小心创建了 Animal 的实例, 编译器会及时提醒我们.

3. 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

对于整个Object类中的方法需要实现全部掌握。 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

3.2 获取对象信息

如果要打印对象中的内容，可以直接重写Object类中的toString()方法，之前已经讲过了，此处不再累赘。

3.3 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：

equals()过程的默认行为

在Object类中，equals()默认方法比较的是对象的内存地址，相似==。

默认的情况下，如果不重写equals()，也相当于内存地址。所以我们通常需要根据实际业务需求来重写equals()。

重写equals()方法

为了正确地比较两个对象的“内容”是否可靠，需要重写equals()方法。重写时，通常比较对象的属性（成员变量），并确保遵循以下规则：

认真思考equals()规则

1. 自反性（Reflexive）：x.equals(x)必须返回true。
2. 公正性（Symmetric）：如果x.equals(y)为true，那么y.equals(x)也必须为true。
3. 传递性（Transitive）：如果x.equals(y)为true，且y.equals(z)为true，那么x.equals(z)也必须为true。
4. 一致性（Consistent）：只要对象内容没有改变，多次调用x.equals(y)的结果应始终保持一致。
5. 与null的比较：x.equals(null)必须返回false。

全文equals()​

假设我们有一个Person类，有两个属性name和age，我们需要根据这两个属性判断两个Person对象是否一致。

说明：

1. this == obj检查是否是同一对象引用。如果是，直接返回true。
2. 检查判断的对象是否为null，以及它是否与当前对象属于同一个类。getClass()用于确保比较的两个对象类型相同。
3. 最后，通过强制类型转换，将obj转换为Person类型，并比较name和age的值。
4. 对于引用类型字段（如name），使用equals()方法进行比较，对于基本类型（如int），使用方法==进行比较。

为什么要重写equals()方法？

在许多情况下，默认的equals()实现（基于内存地址）并不能满足需求。特别是对于自定义对象（如Person、Student），你可能希望根据对象的属性而不是内存地址来判断两个对象是否一致。

例如：

• 字符串比较：String类重写了equals()方法，因此比较两个字符串时是比较它们的内容，而不是内存地址。
• 集合类的使用：当使用集合（如HashSet、HashMap）时，equals()方法会影响对象的存储和查找。如果对象的equals()方法补正确重写，集合可能会认为两个内容相同的对象不一致，从而导致逻辑错误。

重写equals()方法时还需要重写hashCode()方法

在Java中，equals()方法hashCode()通常需要一起重写，尤其是在使用HashSet、HashMap或其他基于哈希的集合时。hashCode()方法的作用是返回对象的哈希码，它用于加速查找对象的位置。如果有两个对象根据equals()一致，它们的hashCode()相同必须。

hashCode()方法规则：

1. 如果两个对象根据equals()方法一致，那么它们的hashCode()值必须相同。
2. 如果两个对象不可用，hashCode()值不一定不同，但不同的对象应尽量产生不同的哈希码，避免冲突。

hashCode()该方法中使用了31作为乘数，这是一种经典的哈希函数优化技巧，目的是生成均匀的哈希分配。

总结

1. equals()用于比较对象内容，默认实现比较内存地址，通常需要重写。
2. 重写equals()需遵循追求性、交付性、自反性等原则。
3. 重写equals()后应重写hashCode()，以确保基于哈希的集合类正常工作。
4. 引用类型属性的比较应使用equals()方法，而基本类型属性则使用==比较。

结语：

在Java Spark中，接口（interface）是实现多态、解耦和灵活设计的重要工具。通过定义接口，开发者可以为类指定一组必须实现的方法，而不需要关心这些方法的具体实现细节。接口允许类拥有多个父类的功能特性，这在某种程度上弥补了Java单继承的限制。

Java 接口工具概要：

1. 接口定义行为而不是行为实现：接口只包含方法的声明，具体的实现由类提供，这使得不同的类可以共享相同的行为契约，但拥有不同的实现方式。

2. 实现多继承：虽然Java不支持类的多继承，但通过接口，一个类可以实现多个接口，从而间接实现类似多继承的效果。

3. 多态性：接口允许使用接口类型的变量来引用不同实现类的对象，极大地增强了代码的灵活性和可扩展性。

4. 解耦设计：接口可以分离实现和接口的依赖关系，通过接口定义可以简化依赖注入、单元测试和模块化设计。

5. 默认方法和静态方法（Java 8 引入）：接口允许为方法提供默认实现（default），从而避免强制所有实现类都必须重写它们。静态方法可以直接在接口中定义并调用。

何时使用接口：

• 当你需要定义某个类应该具备的行为时，但不关心如何实现这些行为。
• 当你希望不同的类可以通过相同的接口进行交互，从而提升代码的可维护性和扩展性。
• 当你希望多个类能够共享一些行为但不具备共同的父类时。

最佳实践：

• 接口应该表达的是“能力”或“行为”，类可以通过实现多个接口来拥有不同的能力。
• 优先使用接口而不是具体实现类型来声明变量（依赖接口而不是具体实现）。

总结：

Java中的接口为面向对象编程提供了极大的灵活性和可扩展性，是构建可维护、松耦合系统的核心设计模式之一。通过接口，程序员可以创建定制的设计，并轻松实现多态性，尤其是在处理复杂的系统时。