Java-接口和抽象类

本章重点：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。

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。

// 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
    public double getArea(){
        return area;
    }
    protected double area; // 面积
}

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
Shape shape = new Shape();
// 编译出错
Error:(30, 23) java: Shape是抽象的; 无法实例化

2. 抽象方法不能是private的
abstract class Shape {
    abstract private void draw();
}
// 编译出错
Error:(4, 27) java: 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
public abstract class Shape {
    abstract final void methodA();
    abstract public static void methodB();
}
// 编译报错：
// Error:(20, 25) java: 非法的修饰符组合: abstract和final
// Error:(21, 33) java: 非法的修饰符组合: abstract和static

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
// 矩形类
public class Rect extends Shape {
    private double length;
    private double width;
    Rect(double length, double width){
        this.length = length;
        this.width = width;
    }
    public void draw(){
        System.out.println("矩形: length= "+length+" width= " + width);
    }
    public void calcArea(){
        area = length * width;
    }
}
// 圆类：
public class Circle extends Shape{
    private double r;
    final private static double PI = 3.14;
    public Circle(double r){
        this.r = r;
    }
    public void draw(){
        System.out.println("圆：r = "+r);
    }
    public void calcArea(){
        area = PI * r * r;
    }
}
// 三角形类：
public abstract class Triangle extends Shape {
    private double a;
    private double b;
    private double c;
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("三角形：a = "+a + " b = "+b+" c = "+c);
    }
// 三角形：直角三角形、等腰三角形等，还可以继续细化
//@Override
//double calcArea(); // 编译失败：要么实现该抽象方法，要么将三角形设计为抽象类
}

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

2. 接口

2.1 接口的概念

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

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
}

注意:

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。

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

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。

// 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();
    }
}

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
public class TestUSB {
    public static void main(String[] args) {
        USB usb = new USB();
    }
}
// Error:(10, 19) java: day20210915.USB是抽象的; 无法实例化

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)

public interface USB {
    // Error:(4, 18) java: 此处不允许使用修饰符private
    private void openDevice();
    void closeDevice();
}

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
public interface USB {
    void openDevice();
    // 编译失败：因为接口中的方式默认为抽象方法
    // Error:(5, 23) java: 接口抽象方法不能带有主体
    void closeDevice(){
        System.out.println("关闭USB设备");
    }
}


4. 重写接口中方法时，不能使用默认的访问权限
public interface USB {void openDevice(); // 默认是public的
    void closeDevice(); // 默认是public的
}
public class Mouse implements USB {
    @Override
    void openDevice() {
        System.out.println("打开鼠标");
    }
// ...
}
// 编译报错，重写USB中openDevice方法时，不能使用默认修饰符
// 正在尝试分配更低的访问权限; 以前为public



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

public interface USB {
    double brand = 3.0; // 默认被：final public static修饰
    void openDevice();
    void closeDevice();
}
public class TestUSB {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(USB.brand); // 可以直接通过接口名访问，说明是静态的
        // 编译报错：Error:(12, 12) java: 无法为最终变量brand分配值
        USB.brand = 2.0; // 说明brand具有final属性
    }
}


6. 接口中不能有静态代码块和构造方法
public interface USB {
    // 编译失败
    public USB(){
    }
    {} // 编译失败
    void openDevice();
    void closeDevice();
}


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.

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

interface IFlying {
    void fly();
}
interface IRunning {
    void run();
}
interface ISwimming {
    void swim();
}

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");
    }
}

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");
    }
}

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");
    }
}

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");
    }
}

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

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.

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 {
...
}

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

给对象数组排序

class Student {
    private String name;
    private int score;
    public Student(String name, int score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "[" + this.name + ":" + this.score + "]";
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[] {
                new Student("张三", 95),
                new Student("李四", 96),
                new Student("王五", 97),
                new Student("赵六", 92),
        };
        Arrays.sort(students);
        System.out.println(Arrays.toString(students));
    }

}
// 运行出错, 抛出异常.
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Student cannot be cast to java.lang.Comparable

Arrays.sort比较两个整数是可以的，但是两个学生对象的大小关系无法确定

我们用Student 类实现 Comparable 接口, 并实现其中的 compareTo 方法

class Student implements Comparable {
    private String name;
    private int score;

    public Student(String name, int score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "[" + this.name + ":" + this.score + "]";
    }

    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        Student s = (Student) o;
        if (this.score > s.score) {
            return -1;
        } else if (this.score < s.score) {
            return 1;
        } else {
            return 0;
        }
    }
}

在 sort 方法中会自动调用 compareTo 方法. compareTo 的参数是 Object , 其实传入的就是 Student 类型的对象. 然后比较当前对象和参数对象的大小关系.

注意事项: 对于 sort 方法来说, 需要传入的数组的每个对象都是 "可比较" 的, 需要具备 compareTo 这样的能力. 通过重写compareTo 方法的方式, 就可以定义比较规则.

自己实现一个 sort 方法来完成刚才的排序过程(使用冒泡排序)

public static void sort(Comparable[] array) {
        for (int bound = 0; bound < array.length; bound++) {
        for (int cur = array.length - 1; cur > bound; cur--) {
        if (array[cur - 1].compareTo(array[cur]) > 0) {
        // 说明顺序不符合要求, 交换两个变量的位置
            Comparable tmp = array[cur - 1];
            array[cur - 1] = array[cur];
            array[cur] = tmp;
            }
        }
    }
}

2.8 Clonable 接口和深拷贝

Java 中内置了一些很有用的接口, Clonable 就是其中之一.

Object 类中存在一个 clone 方法, 调用这个方法可以创建一个对象的 "拷贝". 但是要想合法调用 clone 方法, 必须要先实现 Clonable 接口, 否则就会抛出 CloneNotSupportedException 异常.

class Animal implements Cloneable {
    private String name;
    @Override
    public Animal clone() {
        Animal o = null;
        try {
            o = (Animal)super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return o;
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Animal();
        Animal animal2 = animal.clone();
        System.out.println(animal == animal2);
    }
}
// 输出结果
// false

Cloneable 拷贝出的对象是一份 "浅拷贝"

class Money {
    public double m = 99.99;
}
class Person implements Cloneable{
    public Money money = new Money();
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}
public class TestDemo3 {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Person person1 = new Person();
        Person person2 = (Person) person.clone();
        System.out.println("通过person2修改前的结果");
        System.out.println(person1.money.m);
        System.out.println(person2.money.m);
        person2.money.m = 13.6;
        System.out.println("通过person2修改后的结果");
        System.out.println(person1.money.m);
        System.out.println(person2.money.m);
    }
}

如上代码，我们可以看到，通过clone，我们只是拷贝了Person对象。但是Person对象中的Money对象，并没有拷贝。通过person2这个引用修改了m的值后，person1这个引用访问m的时候，值也发生了改变。这里就是发生了浅拷贝

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.

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.

3. Object类

3.1 什么是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
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

来学习下Object类中的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

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

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：

// 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;
    }
        @Override
        public boolean equals (Object obj){
            if (obj == null) {
                return false;
            }
            if (this == obj) {
                return true;
            }
            // 不是Person类对象
            if (!(obj instanceof Person)) {
                return false;
            }
            Person person = (Person) obj; // 向下转型，比较属性值
            return this.name.equals(person.name) && this.age == person.age;
        }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person("xiaofan", 20) ;
        Person p2 = new Person("xiaofan", 20) ;
        int a = 10;
        int b = 10;
        System.out.println(a == b); // 输出true
        System.out.println(p1 == p2); // 输出false
        System.out.println(p1.equals(p2)); // 输出false
    }
}

结论：比较对象中内容是否相同的时候，一定要重写equals方法。

3.4 hashcode方法

public String toString() {
    return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}

了hashCode()这个方法，他帮我算了一个具体的对象位置.因为没有说数据结构我们只能说它是个内存地址。然后调用Integer.toHexString()方法，将这个地址以16进制输出。

hashcode方法源码：

public native int hashCode();

我们重写hashcode()方法来看看对象存储的位置

class Person {
    public String name;
    public int age;
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Person per1 = new Person("xiaofan", 20) ;
        Person per2 = new Person("xiaofan", 20) ;
        System.out.println(per1.hashCode());
        System.out.println(per2.hashCode());
    }
}
//执行结果
//265123457
//265123457