Java中抽象类和接口的用法详解

2022-08-19 10:05:22 作者：XIN-XIANG荣

这篇文章主要为大家详细介绍了Java中抽象类和接口的使用，文中示例代码介绍的非常详细，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们可以参考一下，希望能够给你带来帮助

一. 抽象类

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。

1. 抽象类的语法

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。

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

// 抽象类：被abstract修饰的类
public abstract class Shape {
    // 抽象方法：被abstract修饰的方法，没有方法体
    abstract public void draw();
    abstract void calcArea();
    // 抽象类也是类，也可以增加普通方法和属性
    protected double area; // 面积
    public double getArea(){
        return area;
    }
}

2. 抽象类的特性

抽象类使用abstract来修饰
抽象类当中可以包含普通类所能包含的成员，可以包含抽象方法
抽象方法使用abstract修饰，这个方法没有具体的实现
抽象方法没有加访问限定符时，默认是public.
抽象类不可以被实例化
抽象方法不能被private、static、final修饰，因为抽象方法要被子类重写，要满足重写的规则
抽象类存在的最大意义就是为了被继承
如果一个普通类继承了一个抽象类，此时必须重写抽象类中的抽象方法
如果一个抽象类A继承了一个抽象类B，此时A当中可以不重写B中的抽象方法；但是如果再被普通类继承，就需要重写A和B中所有的抽象方法
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
抽象类中可以有构造方法，供子类创建对象时，初始化抽象类的成员变量

abstract class Shape {
    //抽象方法
    public abstract void draw();
}

class Rect extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一个矩形！");
    }
}

class Cycle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一个圆！");
    }
}

class Triangle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一个三角形！");
    }
}

class Flower extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一朵❀！");
    }
}

public class Test {
    //向上转型实现多态
    public static void drawMap(Shape shape) {
        shape.draw();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Rect rect = new Rect();
        drawMap(rect);
        drawMap(new Cycle());
        drawMap(new Triangle());
        drawMap(new Flower());
    }
}

3. 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；使用抽象类相当于多了一重编译器的校验。

使用抽象类的场景思考，代码中的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 final 关键字也是类似；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.

二. 接口

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。

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）。

接口可以理解为一种特殊的类，里面全部是由全局常量和公共的抽象方法所组成。接口是解决Java无法使用多继承的一种手段，但是接口在实际中更多的作用是制定标准的。或者我们可以直接把接口理解为100%的抽象类，既接口中的方法必须全部是抽象方法。（JDK1.8之前可以这样理解）

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。

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
}

小建议：

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.

3. 接口的使用

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。

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。

public class 类名称 implements 接口名称{
// ...
}

请实现笔记本电脑使用USB鼠标、USB键盘的例子

USB接口：包含打开设备、关闭设备功能
笔记本类：包含开机功能、关机功能、使用USB设备功能
鼠标类：实现USB接口，并具备点击功能
键盘类：实现USB接口，并具备输入功能

// USB接口
public interface USB {
    void openDevice();
    void closeDevice();
}
// 鼠标类，实现USB接口
public class Mouse implements USB {
    @Override
    public void openDevice() {
        System.out.println("打开鼠标");
    }
    @Override
    public void closeDevice() {
        System.out.println("关闭鼠标");
    }
    public void click(){
        System.out.println("鼠标点击");
    }
}
// 键盘类，实现USB接口
public class KeyBoard implements USB {
    @Override
    public void openDevice() {
        System.out.println("打开键盘");
    }
    @Override
    public void closeDevice() {
        System.out.println("关闭键盘");
    }
    public void inPut(){
        System.out.println("键盘输入");
    }
}
// 笔记本类：使用USB设备
public class Computer {
    public void powerOn(){
        System.out.println("打开笔记本电脑");
    }
    public void powerOff(){
        System.out.println("关闭笔记本电脑");
    }
    public void useDevice(USB usb){
        usb.openDevice();
        if(usb instanceof Mouse){
            Mouse mouse = (Mouse)usb;
            mouse.click();
        }else if(usb instanceof KeyBoard){
            KeyBoard keyBoard = (KeyBoard)usb;
            keyBoard.inPut();
        }
        usb.closeDevice();
    }
}

// 测试类：
public class TestUSB {
    public static void main(String[] args) {
        Computer computer = new Computer();
        computer.powerOn();
        // 使用鼠标设备
        computer.useDevice(new Mouse());
        // 使用键盘设备
        computer.useDevice(new KeyBoard());
        computer.powerOff();
    }
}

4. 接口的特性

1.接口类型是一种引用类型，使用interface来修饰，但是不能直接new接口的对象

2.类和接口之间用implements来实现

3.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)

要注意的是从JDK1.8开始，允许有可以实现的方法，但这个方法只能是由default修饰的
JDK1.8中：接口中可以有静态的方法

4.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

5.重写接口中方法时，不能使用default访问权限修饰

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

7.实现类重写接口中的抽象方法，必须加上public来修饰

8.接口中不能有静态代码块和构造方法

9.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

10.如果不想实现接口当中的抽象方法，那么实现类必须设置为抽象类；但是如果这个类再被其它类继承，那么必须重写抽象方法

11.一个类可以实现多个接口，使用implements用逗号隔开

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中不支持类的多继承，但是一个类可以实现多个接口，使用implements用逗号隔开；可以用接口达到多继承的效果，解决了Java中类不支持多继承的问题。

下面的代码展示了 Java 面向对象编程中最常见的用法: 一个类继承一个父类, 同时也可以实现多种接口.

//动物类
class Animal {
    protected String name;
    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }
}
//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();
}
//猫, 是会跑的.
class Cat extends Animal implements IRunning {
    public Cat(String name) {
        super(name);
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name + "正在用四条腿跑");
    }
}
//鱼, 是会游的.
class Fish extends Animal implements ISwimming {
    public Fish(String name) {
        super(name);
    }
    @Override
    public void swim() {
        System.out.println(this.name + "正在用尾巴游泳");
    }
}
//青蛙, 既能跑, 又能游
class Frog extends Animal implements IRunning, ISwimming {
    public Frog(String name) {
        super(name);
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name + "正在往前跳");
    }
    @Override
    public void swim() {
        System.out.println(this.name + "正在蹬腿游泳");
    }
}
//鸭子，可以飞、跑和游泳
class Duck extends Animal implements IRunning, ISwimming, IFlying {
    public Duck(String name) {
        super(name);
    }
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println(this.name + "正在用翅膀飞");
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name + "正在用两条腿跑");
    }
    @Override
    public void swim() {
        System.out.println(this.name + "正在漂在水上");
    }
}

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

这样的设计充分体现出多态的好处, 我们可以"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；通过接口可以让其具备这种能力，进而通过接口引用实现多态。

比如下面的funRun方法

public static void funRun(IRunning running) {
        running.run();
}

在这个方法内部, 我们并不关注到底是哪种动物, 只要参数是会跑的就行

public class Test {
    public static void funRun(IRunning running) {
        running.run();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Cat cat = new Cat("小猫");
        funRun(cat);

        Frog frog = new Frog("小青蛙");
        funRun(frog);
    }
}

甚至参数可以不是 “动物”, 只要会跑!

class Robot implements IRunning {
    private String name;
    public Robot(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name + "正在用轮子跑");
    }
}

public class Test {
    public static void funRun(IRunning running) {
        running.run();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Robot robot = new Robot("机器人");
        funRun(robot);
    }
}

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。

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.

接口间的继承相当于把多个接口合并在一起.

interface IFLying {
    void flying();
}
interface ISwimming {
    void swimming();
}
interface IRunning {
    void running();
}
//把IRunning,ISwimming,Iflying全部继承到IThreehabitat上
interface IThreehabitat extends IFLying,IRunning,ISwimming{

}

class Animal {
    public String name;

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

}

class Duck extends Animal implements IThreehabitat {

    public Duck(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void flying() {
        System.out.println(name + "正在飞！");
    }

    @Override
    public void swimming() {
        System.out.println(name + "正在游泳！");
    }

    @Override
    public void running() {
        System.out.println(name + "正在跑！");
    }
}



public class Test {
    public static void func(IThreehabitat iThreehabitat) {
        iThreehabitat.flying();
        iThreehabitat.running();
        iThreehabitat.swimming();
    }

    public static void main(String[] args) {
        func(new Duck("小黄"));
    }
}

三. 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

相同点：

都不能被实例化。
接口的实现类和抽象类的子类只有全部实现了接口或者抽象类中的抽象方法后才可以被实例化。

不同点：

抽象类可以有构造方法，接口中不能有构造方法。
接口只能定义抽象方法不能实现方法，抽象类既可以定义抽象方法，也可以实现方法。
抽象类中可以包含静态方法，接口中不能包含静态方法。
抽象类中可以有普通成员变量，接口中没有普通成员变量，接口中的所有成员变量为public static final修饰的静态常量。
接口可以被多重实现，抽象类只能被单一继承。

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