Java 接口与抽象类

如果你对接口和抽象类的使用场景比较模糊,这篇文章或许会对你有所帮助。

首先看抽象类,它介于普通类和接口之间,尽管在构建某些未实现方法的类时,很多时候 往往会去创建接口,但抽象类仍然很重要,因为你不可能总是使用纯接口。

一. 抽象类

在面向对象的概念中,我们知道所有的对象都是通过类来描绘的,但是反过来却不是这样。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。抽象类往往用来表征我们在对问题领域进行分析、设计中得出的抽象概念,是对一系列看上去不同,但是本质上相同的具体概念的抽象。比如:如果我们进行一个图形编辑软件的开发,就会发现问题领域存在着圆、三角形这样一些具体概念,它们是不同的,但是它们又都属于形状这样一个概念,形状这个概念在问题领域是不存在的,它就是一个抽象概念。正是因为抽象的概念在问题领域没有对应的具体概念,所以用以表征抽象概念的抽象类是不能够实例化的。”

抽象类的特征:

  1. 如果从一个抽象类继承,并想创建该类的对象,那么就必须全部实现此抽象类的所有抽象方法。如果不这样做(可以不做),那么继承后得到的便也是抽象类,且编译器会强制我们用abstract来修饰此类。
  2. 我们也可以创建一个没有任何抽象方法的抽象类,用来阻止产生这个类的任何对象。
  3. 抽象类可以有方法体,也就是实现的方法,

来个例子:
具体类:低级程序猿 高级程序猿
共性:姓名 工号 薪水
差异: 做事 奖金

abstract class  Programmer{
    private String name;
    private String id;
    private int salary;

    public  Programmer(){}

    public  Programmer(String name,String id,int salary){
        this.name=name;
        this.id=id;
        this.salary=salary;
    }
    public void setname(String name){
        this.name=name;
    }
    public String getname(){
        return name;
    }

    public void setid(String id){
        this.id=id;
    }
    public String getid(){
        return id;
    }

    public void setsalary(int salary){
        this.salary=salary;
    }
    public int getsalary(){
        return salary;
    }
    public abstract void work();
}

class BasicProgrammer extends  Programmer{
    public BasicProgrammer(){}
    public BasicProgrammer(String name,String id,int salary){
        super(name,id,salary);
    }   
    public void work(){
        System.out.println("写曾删改查");
    }
}

class GoodProgrammer extends  Programmer{
    private int money;

    public Goodprogrammer() {}
    public GoodProgrammer(String name,String id,int salary,int money){
        super(name,id,salary);
        this.money=money;
    }
    public void setmoney(int money){
        this.money=money;
    }
    public int getmoney(){
        return money;
    }
    public void work(){
        System.out.println("写架构");
    }   
}

class AbstractTest{
    public static void main(String[] args){

    Programmer bp=new BasicProgrammer();
    bp.setname("Basicprogrammer");
    bp.setid("00531");
    bp.setsalary(8000);
    System.out.println(bp.getname()+"----"+bp.getid()+"----"+bp.getsalary());

    //这里不能向上转型,向上转型后不能调用子类特有的方法,多态的弊端
    GoodProgrammer gp=new GoodProgrammer();
    gp.setname("Goodprogrammer");
    gp.setid("00111");
    gp.setsalary(20000);
    gp.setmoney(10000);
    System.out.println(gp.getname()+"----"+gp.getid()+"----"+gp.getsalary()+"----"+gp.getmoney());
    }
}

结果:
Basicprogrammer—-00531—-8000
Goodprogrammer—-00111—-20000—-10000

再加一句--------在代码重构方面,抽象类很有用,因为它可以使我们很容易的将公共方法沿着继承层次结构向上移动

二. 接口

Java接口是一系列方法的声明,是一些方法特征的集合,一个接口只有方法的特征没有方法的实现,因此这些方法可以在不同的地方被不同的类实现,而这些实现可以具有不同的行为(功能)。
这是之前对接口的描述,但Java8中添加了接口的新特性--------接口的默认方法和静态方法
Java 8使用两个新概念扩展了接口的含义:默认方法和静态方法。默认方法使得接口有点类似traits,不过要实现的目标不一样。默认方法使得开发者可以在 不破坏二进制兼容性的前提下,往现存接口中添加新的方法,即不强制那些实现了该接口的类也同时实现这个新加的方法。
默认方法和抽象方法之间的区别在于抽象方法需要实现,而默认方法不需要。接口提供的默认方法会被接口的实现类继承或者覆写,例子代码如下:

private interface Defaulable {
    // Interfaces now allow default methods, the implementer may or 
    // may not implement (override) them.
    default String notRequired() { 
        return "Default implementation"; 
    }        
}

private static class DefaultableImpl implements Defaulable {
}

private static class OverridableImpl implements Defaulable {
    @Override
    public String notRequired() {
        return "Overridden implementation";
    }
}

Defaulable接口使用关键字default定义了一个默认方法notRequired()。DefaultableImpl类实现了这个接口,同时默认继承了这个接口中的默认方法;OverridableImpl类也实现了这个接口,但覆写了该接口的默认方法,并提供了一个不同的实现。
Java 8带来的另一个有趣的特性是在接口中可以定义静态方法,例子代码如下:

private interface DefaulableFactory {
    // Interfaces now allow static methods
    static Defaulable create( Supplier< Defaulable > supplier ) {
        return supplier.get();
    }
}

下面的代码片段整合了默认方法和静态方法的使用场景:

public static void main( String[] args ) {
    Defaulable defaulable = DefaulableFactory.create( DefaultableImpl::new );
    System.out.println( defaulable.notRequired() );

    defaulable = DefaulableFactory.create( OverridableImpl::new);
    System.out.println( defaulable.notRequired());
}

这段代码的输出结果如下:
Default implementation
Overridden implementation
由于JVM上的默认方法的实现在字节码层面提供了支持,因此效率非常高。默认方法允许在不打破现有继承体系的基础上改进接口。该特性在官方库中的应用是:给java.util.Collection接口添加新方法,如stream()、parallelStream()、forEach()和removeIf()等等。
尽管默认方法有这么多好处,但在实际开发中应该谨慎使用:在复杂的继承体系中,默认方法可能引起歧义和编译错误。如果你想了解更多细节,可以参考官方文档。

接口的特征:

  1. 接口中的方法可以有参数列表和返回类型,但不能有任何方法体。

  2. 接口中可以包含字段,但是会被隐式的声明为 static 和 final 。

  3. 接口中的字段只是被存储在该接口的静态存储区域内,而不属于该接口。

  4. 接口中的方法可以被声明为 public 或不声明,但结果都会按照 public 类型处理。

  5. 当实现一个接口时,需要将被定义的方法声明为 public 类型的,否则为默认访问类型, Java 编译器不允许这种情况。

  6. 如果没有实现接口中所有方法,那么创建的仍然是一个接口。

  7. 扩展一个接口来生成新的接口应使用关键字 extends ,实现一个接口使用 implements 。

例子:
定义接口AreaInterface,其中有静态常量pai和求面积的抽象方法area()。类Circle和类Triangle 实现了AreaInterface接口,即为接口中的抽象方法area()编写了满足各自要求的方法体,分别求圆形和三角形的面积。

public  interface  AreaInterface{
    public  double pai =Math.PI;
    public  double area();
}

public  class Circle implement  AreaInterface{
    private double r;
    public Circle(double x){
        r=x;
    }
    public double area() {
        return pai*r*r;
    }
    public String toString(){
        return "圆:r="+r+"\tarea="+area();
    }   
}

public class Triangle implement AreaInterface{
    private double d;
    private double h;
    public Triangle(double d,double h){
        this.d=d;
        this.h=h;
    }
    public double area() {
        return d*h/2;
    }
    public String toString(){
    return "三角形:d="+d+";h="+h+"\tarea="+area();
    }
 public static void main(String[] args) {
     System.out.println(new Triangle(12, 5).toString());
     System.out.println(new Circle(5).toString()); 
}
}
结果:
三角形:d=12.0;    h=5.0        area=30.0
圆:r=5.0     area=78.53981633974483

三. 接口与抽象类的区别

1.语法层面上的区别

1)抽象类可以提供成员方法的实现细节,而接口中只能存在 public abstract (可省) 方法;

2)抽象类中的成员变量可以是各种类型的,而接口中的成员变量只能是 public static final (可省) 类型的;

3)接口中不能含有静态代码块以及静态方法,而抽象类可以有静态代码块和静态方法;

4)一个类只能继承一个抽象类,而一个类却可以实现多个接口。

Paste_Image.png

2.设计层面上的区别

1) 抽象类是对一种事物的抽象,即对类抽象,而接口是对行为的抽象。抽象类是对整个类整体进行抽象,包括属性、行为,但是接口却是对类局部(行为)进行抽象。举个简单的例子,飞机和鸟是不同类的事物,但是它们都有一个共性,就是都会飞。那么在设计的时候,可以将飞机设计为一个类 Airplane,将鸟设计为一个类 Bird,但是不能将飞行 这个特性也设计为类,因此它只是一个行为特性,并不是对一类事物的抽象描述。此时可以将 飞行 设计为一个接口Fly,包含方法fly(),然后Airplane和Bird分别根据自己的需要实现Fly这个接口。然后至于有不同种类的飞机,比如战斗机、民用飞机等直接继承Airplane即可,对于鸟也是类似的,不同种类的鸟直接继承Bird类即可。从这里可以看出,继承是一个 “是不是”的关系,而 接口 实现则是 “有没有”的关系。如果一个类继承了某个抽象类,则子类必定是抽象类的种类,而接口实现则是有没有、具备不具备的关系,比如鸟是否能飞(或者是否具备飞行这个特点),能飞行则可以实现这个接口,不能飞行就不实现这个接口。

2) 设计层面不同,抽象类作为很多子类的父类,它是一种模板式设计。而接口是一种行为规范(契约),它可以跨越不同的类,是一种辐射式设计。什么是模板式设计?最简单例子,大家都用过ppt里面的模板,如果用模板A设计了ppt B和ppt C,ppt B和ppt C公共的部分就是模板A了,如果它们的公共部分需要改动,则只需要改动模板A就可以了,不需要重新对ppt B和ppt C进行改动。而辐射式设计,比如某个电梯都装了某种报警器,一旦要更新报警器,就必须全部更新。也就是说 对于抽象类,如果需要添加新的方法,可以直接在抽象类中添加具体的实现,子类可以不进行变更;而对于接口则不行,如果接口进行了变更,则所有实现这个接口的类都必须进行相应的改动。

四. 什么时候使用抽象类和接口

  1. 如果你拥有一些方法并且想让它们中的一些有默认实现,那么使用抽象类。
    2.如果你想实现多重继承,那么你必须使用接口。由于Java不支持多继承,子类不能够继承多个类,但可以实现多个接口。因此你就可以使用接口来解决它。
    3.如果基本功能在不断改变,那么就需要使用抽象类。如果不断改变基本功能并且使用接口,那么就需要改变所有实现了该接口的类

下面看一个网上流传最广泛的例子(我没有想到比这个好的例子):门和警报的例子:门都有open( )和close( )两个动作,此时我们可以定义通过抽象类和接口来定义这个抽象概念:

abstract class Door {
    public abstract void open();
    public abstract void close();
}

或者

interface Door {
    public abstract void open();
    public abstract void close();
}

但是现在如果我们需要门具有报警alarm( )的功能,那么该如何实现?下面提供两种思路:
  1)将这三个功能都放在抽象类里面,但是这样一来所有继承于这个抽象类的子类都具备了报警功能,但是有的门并不一定具备报警功能;

2)将这三个功能都放在接口里面,需要用到报警功能的类就需要实现这个接口中的open( )和close( ),也许这个类根本就不具备open( )和close( )这两个功能,比如火灾报警器。

从这里可以看出, Door的open() 、close()和alarm()根本就属于两个不同范畴内的行为,open()和close()属于门本身固有的行为特性,而alarm()属于延伸的附加行为。因此最好的解决办法是单独将报警设计为一个接口,包含alarm()行为,Door设计为单独的一个抽象类,包含open和close两种行为。再设计一个报警门继承Door类和实现Alarm接口。

interface Alram {
    void alarm();
}

abstract class Door {
    void open();
    void close();
}

class AlarmDoor extends Door implements Alarm {
    void oepn() {
      //....
    }
    void close() {
      //....
    }
    void alarm() {
      //....
    }
}

小结:
类是对事物的抽象
抽象类是对特定事物的抽象
接口是对抽象的抽象

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