Java(二十四)——Java抽象类与接口，

来源： javaer 分享于 2024-04-23 点击 33927 次点评：159

Java(二十四)——Java抽象类与接口，

一、抽象类

抽象方法是只有方法签名，没有方法实现的方法

1.抽象方法和抽象类

抽象方法和抽象类必须使用abstract修饰符来定义，有抽象方法的类只能被定义成抽象类，抽象类里可以没有抽象方法。
抽象方法和抽象类的规则如下

抽象类必须使用abstract修饰符来修饰，抽象方法也必须使用abstract修饰符来修饰，抽象方法不能有方法体。
抽象类不能被实例化，无法使用new关键字来调用抽象类的构造器创建抽象类的实例。即使抽象类里不包含抽象方法，这个抽象类也不能创建实例。
抽象类可以包含成员变量、方法（普通方法和抽象方法都可以）、构造器、初始化块、内部类（接口、枚举）5种成分。抽象类的构造器不能用于创建实例，主要是用于被其子类调用。
含有抽象方法的类（包括直接定义了一个抽象方法；或继承了一个抽象父类，但没有完全实现父类包含的抽象方法；或实现了一个借口，但没有完全实现接口包含的抽象方法三种情况）只能被定义成抽象类。
比如下面定义一个Shape抽象类

public abstract class Shape
{
    {
        System.out.println("执行Shape的初始化块...");
    }
    private String color;
    // 定义一个计算周长的抽象方法
    public abstract double calPerimeter();
    // 定义一个返回形状的抽象方法
    public abstract String getType();
    // 定义Shape的构造器，该构造器并不是用于创建Shape对象，而是用于被子类调用
    public Shape(){}
    public Shape(String color)
    {
        System.out.println("执行Shape的构造器...");
        this.color = color;
    }
    // 省略color的setter和getter方法
    ...
}

上面的Shape类既包含了初始化块，也包含了构造器，这些都不是在创建Shape类时被调用的，而是在创建其子类的实例时被调用。抽象类不能用于创建实例，只能当做父类被其他子类继承。
利用抽象类和抽象方法的优势，可以更好地发挥多态的优势，是的程序更加灵活，比如：
定义一个三角形类（Triangle）和一个圆类（Circle）分别继承Shape类。那么可以定义两个Shape类型的引用变量，分别指向Triangle对象和Circle对象。由于在Shape中定义了calPerimeter()方法和getType()方法，所以程序可以直接调用s1变量和s2变量的calPerimeter()方法和getType()方法，无须强制类型转换为其子类类型。
当使用abstract修饰类时，表明这个类只能被继承；当使用abstract修饰方法时，表明这个方法必须由子类提供实现（即重写）。而final修饰的类不能被继承，final修饰的方法不能被重写。因此final和abstract永远不能同时使用。
static和abstract不能同时修饰某个方法，即没有所谓的类抽象方法。因为这将导致通过该类来调用该方法时出现错误（调用了一个没有方法体的方法肯定会引起错误）。
static和abstract并不是绝对互斥的，static和abstract虽然不能同时修饰某个方法，但它们可以同时修饰内部类。
abstract方法不能定义为private访问权限，因为abstract修饰的方法必须被其子类重写才有意义，否则这个方法将永远不会有方法体。

2.抽象类的作用

从语义的角度来看，抽象类是从多个具体类中抽象出来的父类，它具有更高层次的抽象。从多个具有相同特征的类中抽象出一个抽象类，以这个抽象类作为其子类的模板，从而避免了子类设计的随意性。

抽象类体现的就是一种模板模式的设计，抽象类作为多个子类的通用模板，子类在抽象类的基础上进行扩展、改造，但子类总体上会大致保留抽象类的行为方式。

模板模式在面向对象的软件中很常用，其原理简单，实现也很简单。下面是使用模板模式的一些简单规则。

抽象父类可以只定义需要使用的某些方法，把不能实现的部分抽象成抽象方法，留给其子类去实现。
父类中可能包含需要调用其他系列方法的方法，这些被调用方法既可以由父类实现，也可以由其子类实现。父类里提供的方法只是定义了一个通用算法，其实实现也许并不完全有自身实现，而必须依赖于其子类的辅助。

二、接口

抽象类是从多个类中抽象出来的模板，如果将这种抽象进行得更彻底，则可以提炼出一种更加特殊的“抽象类”——接口(interface)，接口里不能包含普通方法，接口里的所有方法都是抽象方法。Java 8对接口进行了改进，允许在接口中定义默认方法，默认方法可以提供方法实现。

1.接口的概念

接口定义了一种规范，接口定义了某一批类所需要遵守的规范，接口不关心这些类的内部状态数据，也不关心这些类里方法的实现细节，它只规定这批类里必须提供某些方法，提供这些方法的类就可满足实际需要。

可见，接口是从多个相似类中抽象出来的规范，接口不提供任何实现。接口体现的是规范和实现分离的设计哲学。

让规范和实现分离正是接口的好处，让软件系统的各组件之间面向接口耦合，是一种松耦合的设计。

2.Java 8 中接口的定义

接口定义的基本语法如下：

[修饰符] interface 接口名 extends 父接口1，父接口2...
{
    零到多个常量定义...
    零到多个抽象方法定义...
    零到多个内部类、接口、枚举定义...
    零到多个默认方法或类方法定义...
}

对上面的语法详细说明如下。

修饰符可以是public或者省略，如果省略了public访问控制符，则默认采用包权限访问控制符，即只有在相同包结构下才可以访问该接口。
接口名应与类名采用相同的命名规则，即如果仅从语法角度看，接口名只要是合法的标识符即可；如果要遵守Java可读性规范，则接口名应由多个有意义的单词连缀而成，每个单词首字母大写，单词与单词之间无须任何分隔符。接口名通常能够使用形容词。
一个接口可以有多个直接父接口，但接口只能继承接口，不能继承类。
在上面语法定义中，只有在Java 8以上的版本中才允许在接口中定义默认方法、类方法。
由于接口定义的是一种规范，因此接口里不能包含构造器和初始化块定义。接口里可以包含成员变量（只能是静态常量）、方法（只能是抽象实例方法、类方法或默认方法）、内部类（包括内部接口、枚举）定义。

前面已经说过，接口里定义的是多个类共同的公共行为规范，因此接口里的所有成员，包括常量、方法、内部类和内部枚举都是public访问权限。定义接口成员时，可以省略访问控制修饰符，如果指定访问控制修饰符，则只能使用public访问控制修饰符。

对于接口里定义的静态常量而言，它们是接口相关的，因此系统会自动为这些成员变量增加static和final两个修饰符。也就是说，在接口中定义成员变量时，不管是否使用public static final修饰符，接口里的成员变量总是使用这三个修饰符来修饰。而且接口里没有构造器和初始化块，因此接口里定义的成员变量只能在定义时指定默认值。

接口里定义的方法只能是抽象方法、类方法或默认方法，因此如果不是定义默认方法，系统将自动为普通方法增加abstract修饰符；定义接口里的普通方法时不管是否使用public abstract修饰符，接口里的普通方法总是使用public abstract来修饰。接口里的普通方法不能有方法实现（方法体）；但类方法、默认方法都必须有方法实现（方法体）。

接口里定义的内部类、内部接口、内部枚举默认都采用public static两个修饰符，不管定义时是否指定这两个修饰符，系统都会自动使用public static对它们进行修饰。

3.接口的继承

接口完全支持多继承，即一个接口可以有多个直接父接口。和类继承相似，子接口扩展某个父接口，将会获得父接口里定义的所有抽象方法、常量。

4.使用接口

接口主要由如下用途：

定义变量，也可用于进行强制类型转换
调用接口中定义的常量。
被其他类实现
一个类实现了一个或多个接口之后，必须完全实现这些接口里所定义的全部抽象方法（也就是重写这些抽象方法）；否则，该类将保留从父接口那里继承到的抽象方法，该类也必须定义成抽象类。
实现接口方法时，必须使用public访问控制修饰符，因为接口里的方法都是public的，而子类（相当于实现类）重写父类方法时访问权限只能更大或者相等，所以实现类实现接口里的方法时只能使用public访问权限。

三、接口和抽象类对比

接口和抽象类很像，它们都具有如下特征：

接口和抽象类都不能被实例化，它们都位于继承树的顶端，用于被其他类实现和继承。
接口和抽象类都可以包含抽象方法，实现接口或继承抽象类的普通子类都必须实现这些抽象方法。

但接口和抽象类之间的差别非常大，这种差别主要体现在二者的设计目的上。下面具体分析二者的差别。

接口作为系统与外界交互的窗口，接口体现的是一种规范。对于接口的实现者而言，接口规定了实现者必须向外提供哪些服务（以方法的形式来提供）；对于接口的调用者而言，接口规定了调用者可以调用哪些服务，以及如何调用这些服务（就是如何来调用方法）。当在一个程序中使用接口时，接口是多个模块间的耦合标准；当在多个应用程序之间使用接口时，接口时多个程序之间的通信标准。

从某种程度上来看，接口类似于整个系统的“总纲”，它制定了系统各模块应该遵循的标准，因此一个系统中的接口不应该经常改变。一旦接口被改变，对整个系统甚至其他系统的影响将是辐射式的，导致系统中大部分类都需要重写。

抽象类则不一样，抽象类作为系统中多个子类的共同父类，它所体现的是一种模板式设计。抽象类作为多个子类的抽象父类，可以被当成系统实现过程中的中间产品，这个中间产品已经实现了系统的部分功能（那些已经提供实现的方法），但这个产品依然不能当成最终产品，必须有更进一步的完善，这种完善可能有几种不同的方式。

除此之外，接口和抽象类在用法上也存在如下差别：

接口里只能包含抽象方法和默认方法，不能为普通方法提供方法实现；抽象类则完全可以包含普通方法。
接口里不能定义静态方法；抽象类里可以定义静态方法。
接口里只能定义静态常量，不能定义普通成员变量；抽象类里则既可以定义普通成员变量，也可以定义静态常量。
接口里不包含构造器；抽象类里可以包含构造器，抽象类里的构造器并不是用于创建对象，而是让其子类调用这些构造器来完成属于抽象类的初始化操作。
接口里不能包含初始化块；但抽象类则完全可以包含初始化块。
一个类最多只能有一个直接父类，包括抽象类；但一个类可以直接实现多个接口，通过实现多个接口可以弥补Java单继承的不足。

四、面向接口编程

前面已经提到，接口体现的是一种规范和实现分离的设计哲学，充分利用接口可以极好地降低程序各模块之间的耦合，从而提高系统的可扩展性和可维护性。

基于这种原则，很多软件架构设计理论都倡导“面向接口”编程，而不是面向实现类编程，希望通过面向接口编程来降低程序的耦合。

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