Java —— 抽象类和接口

1. 抽象类

1.1 抽象类概念

1.2 抽象类语法与特性

1.3 抽象类的作用

2. 接口

2.1 接口的概念

2.2 接口的语法规则与特性

2.3 实现多个接口(解决多继承的问题)

2.4 接口间的继承

2.5 抽象类和接口的区别

2.6 接口的使用实例

2.7 Clonable 接口和深拷贝

2.7.1 Cloneable接口

2.7.2 深拷贝

浅拷贝

深拷贝

3. Object类

3.1 获取对象信息

3.2 对象比较equals方法

3.3 hashcode方法

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).

Shape这个类不可以表述成一个具体的对象, 所以我们可以把它定义成一个抽象类. 而抽象类的定义只需在class关键字前加上abstract即可, 此时这个类就是抽象类.

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

并且我们可以看到, Shape中的draw()有没有具体的实现并不重要, 因为子类都重写了该方法, 那么如果不想在Shape中实现它, 给它加上abstract关键字, 这样就可以不写具体的实现了.

注意, 一旦把方法定义成抽象方法, 就必须是在抽象类中.

当然, 在这个类中是可以有其他的字段和方法的.

abstract class Shape {
    public static int a = 10;

    //抽象方法
    public abstract void draw();

    public void func() {
        
    }
}

其实抽象类本身里面的成员和普通类没有区别, 只不过它多了一个抽象方法.

1.2 抽象类语法与特性

1. 抽象类 使用abstract修饰类
2. 抽象类当中 可以包含普通类所能包含的成员
3. 抽象类和普通类不一样的是， 抽象类当中可以包含抽象方法
4. 抽象方法是使用abstract修饰的。这个方法没有具体的实现
5. 不能实例化抽象类 new
6. 抽象类存在的最大的意义 就是为了被继承
7. 如果一个普通类继承了一个抽象类此时必须重写抽象类当中的方法

运行以下代码, 也能发生动态绑定.

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

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

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

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("❀！");
    }
}

public class Test {

    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());
    }

    public static void main1(String[] args) {
        //Shape shape = new Shape();    //err
        Shape shape = new Rect();
    }
}

8. 如果一个抽象类A 继承了一个抽象类B，此时A当中不需要重写B中的抽象方法。但是如果A再被普通类继承，就需要重写。

abstract class A extends Shape {

}
class B extends A {
    // 必须要重写, 否则报错
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("dsfsasa");
    }
}

9. 抽象方法不能是私有的. 也就是要满足重写的规则.

10. 抽象方法不能被final和static修饰, 因为抽象方法要被子类重写

11. 抽象类当中可以有构造方法。为了方便子类能够调用，来初始化抽象类当中的成员

1.3 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, 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.

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。

接口可以认为是 行为的标准/规范

2.2 接口的语法规则与特性

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。

1. 使用 interface 来修饰接口
2. 接口当中的成员方法，不能有具体的实现。[ public ]
(1) 抽象方法:默认是 public abstract的方法
(2) JDK1.8开始允许有可以实现的方法，但是这个方法只能是由 default修饰的
(3) 可以实现 有一个静态方法
3. 成员变量默认是 public static final 修饰的
4. 接口不能被实例化。

interface ITest {

    int size = 10;  // public static final

    void draw();    // public abstract, 必须被重写

    default public void func() {
        System.out.println("默认方法！");
    }

    public static void func2() {
        System.out.println("Fsafsaa");
    }
}

5. 类和接口之间采用 implements 来实现多个接口

class A implements ITest {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("必须重写的！");   // 必须重写抽象方法
    }

    /*@Override
    public void func() {
        System.out.println("这个方法的重写 是可以选择的! ");
    }*/
}

6. 子类重写抽象方法，必须加上 public.
7. 接口中不能有静态代码块和构造方法
8.如果你不想实现接口的方法，那么就把这个类定义为抽象类。但是如果这个类被其他类继承那么必须重写
9.一个类可以实现多个接口。使用 implements 用逗号隔开[可以解决多继承的问题]

我们把前面画图形的例子改成用接口实现.

class Rect implements IShape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("矩形！");
    }
}

class Flower implements IShape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("花！");
    }
}

class Cycle implements IShape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("圆！");
    }
}

public class Test2 {
    public static void drawMap(IShape iShape) {
        iShape.draw();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Rect rect = new Rect();
        drawMap(rect);
        drawMap(new Cycle());
        drawMap(new Flower());
        //IShape iShape = new Cycle();
    }
}

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。

2.3 实现多个接口(解决多继承的问题)

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。

interface IFLying {
    void flying();
}

interface ISwimming {
    void swimming();
}

interface IRunning {
    void running();
}

class Animal {
    public String name;
    public int age;

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

    public void eat() {
        System.out.println("吃饭！");
    }
}

class Dog extends Animal implements IRunning, ISwimming {

    public Dog(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

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

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

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(name + "正在吃狗粮！");
    }
}

class Bird extends Animal implements IFLying {

    public Bird(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

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

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(name + "正在鸟粮！");
    }
}

class Duck extends Animal implements IFLying, IRunning, ISwimming {

    public Duck(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @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！");
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println(name + "正在吃鸭粮！");
    }
}

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。

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

2.4 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。

interface A1 {
    void func();
}

interface B1 {
    void func2();
}

interface D extends A1,B1 {
    void func3();
}
class E implements D {

    @Override
    public void func() {

    }

    @Override
    public void func2() {

    }

    @Override
    public void func3() {

    }
}

class C1 implements A1,B1 {

    @Override
    public void func() {

    }

    @Override
    public void func2() {

    }
}

接口间的继承相当于把多个接口合并在一起.

2.5 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.

No	区别	抽象类(abstract)	接口(interface)
1	结构组成	普通类+抽象方法	抽象方法+全局常量
2	权限	各种权限	public
3	子类使用	使用extends关键字继承抽象类	使用implements关键字实现接口
4	关系	一个抽象类可以实现若干接口	接口不能继承抽象类, 但是接口可以使用extends关键字继承多个父接口
5	子类限制	一个子类只能继承一个抽象类	一个子类可以实现多个接口

2.6 接口的使用实例

以下代码实现了对数组的简单的排序:

class Student {
    public String name;
    public int age;

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

public class Test {
    public static void main1(String[] args) {
        int[] array = {1, 4, 2, 7, 3, 8, 5};
        Arrays.sort(array);
        System.out.println(Arrays.toString(array));
    }
}

接下来我们需求变了, 我们不再排序简单的数据.

    public static void main(String[] args) {
        // 有一个学生数组, 数组中有三个学生
        Student[] students = new Student[3];
        students[0] = new Student("bit", 10);
        students[1] = new Student("hello", 40);
        students[2] = new Student("gbc", 5);
        // 现在想对数组排序
        Arrays.sort(students);
        System.out.println(Arrays.toString(students));
    }

根据年龄还是姓名进行排序?

可以看到,执行上述代码会直接报异常了, 这个异常是个类型转换异常(ClassCastException). 后面的意思是Student不能转化为Comparable.

通过点击灰色部分可以进到出错的位置, 首先可以知道是第29行出错, 再点击其中的第320行的灰色部分.

可以看到, 它是把传进来的数组强制转化成Comparable, 也就是说它认为底层在给数组排序的时候, 需要把下标的元素强转成Comparable. 那么又为什么要把好好的Student转化成Comparable?

首先, 如果是一个自定义类型, 是需要我们自己指定比较的规则的. 因为目前的Student是根据什么比较的我们根本看不出来, 我们需要指定要根据什么来进行比较, 比如姓名, 年龄...也就是说, 我们自定义的学生类, 需要具备可以比较的功能? 怎么具备呢?

假设现在不是学生, 如果现在有一个字符串数组, 要对数组进行排序, Arrays.sort()比较的是字符串:

    public static void main(String[] args) {
        String[] strings = {"abc", "hello", "bcd"};
        Arrays.sort(strings);
        System.out.println(Arrays.toString(strings));
    }

可以看到, 此时是按照了字母顺序排好序的. 那么代码层面看, 它是如何排好序的? 可以看String的源码.

会发现, String实现了Comparable<String>接口, 那么我们就可以模仿这个来写.

所以, Student要可比较, 就要实现 Comparable<Student>接口, 只有实现这个接口, 才能让Student具备可比较的功能.

要实现Comparable<String>接口, 我们就要看它的源码:

可以看到方法compareTo(), 那么这个方法是接口中的方法, 所以需要重写.

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        // 根据年龄比较 
        if (this.age - o.age > 0) {
            return 1;
        } else if (this.age - o.age < 0) {
            return -1;
        } else {
            return 0;
        }
    }

再次执行前面的学生数组排序程序, 可以看到, 此时就根据年龄排成有序了.

实现Comparable接口使得Student可比较后, 我们可以使用compareTo()方法更直观的感受到Student具备了的可比较的功能.

    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student("bit", 10);
        Student student2 = new Student("hello", 40);

        if (student1.compareTo(student2) > 0) {
            System.out.println("student1 > student2");
        } else {
            System.out.println("student1 < student2");
        }
    }

总结: 如果我们以后自定义的类型, 如果要比较大小, 那么必须要让这个类具备可以比较的功能. 此时可以选择实现Comparable接口.

但是我们会发现这样写有一个不好的地方, 更换了需求, 比如此时要根据姓名比较, 那么就意味着要修改重写的compareTo()的代码逻辑, 但是假设代码已经使用了很长一段时间, 此时贸然修改这部分代码, 会引起非常大的风险, 在下次项目上线的时候, 就很有可能会出现很大的bug.

Java提供了另一个接口 Comparator, 灵活性更强.

class AgeComparator implements Comparator<Student> {

    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) {
        return o1.age - o2.age;
    }
}

可以看到, 我们重新写了另外一个类, 实现了Comparator接口, 而且并没有在Student类上实现该接口.

那么我们可以通过Comparator源码看到, 它有一个compare()方法.

所以我们重写compare()方法即可.

Arrays.sort()是可以传两个参数的, 此时第二个参数可以是实现了Comparator接口的一个对象

    public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[3];
        students[0] = new Student("bit", 10);
        students[1] = new Student("hello", 40);
        students[2] = new Student("gbc", 5);

        AgeComparator ageComparator = new AgeComparator();
        Arrays.sort(students, ageComparator);
        System.out.println(Arrays.toString(students));
    }

运行可以看到, 它就根据年龄从小到大进行排序了.

也可以更灵活一点, 如果要根据姓名进行比较:

class NameComparator implements Comparator<Student> {

    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) {
        return o1.name.compareTo(o2.name);
    }
}

    public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[3];
        students[0] = new Student("bit", 10);
        students[1] = new Student("hello", 40);
        students[2] = new Student("gbc", 5);

        NameComparator nameComparator = new NameComparator();
        Arrays.sort(students, nameComparator);
        System.out.println(Arrays.toString(students));
    }

可以看到, 此时就根据姓名进行比较了.

于是我们可以知道, 要通过什么来进行排序, 都可以建一个类来实现Comparator接口.

那么我们会注意到, Comparable接口对类的侵入性非常强, 而Comparator对类的侵入性就比较弱.

Comparator又叫做比较器

    public static void main(String[] args) {
        Student student1 = new Student("bit", 10);
        Student student2 = new Student("hello", 40);

        AgeComparator ageComparator = new AgeComparator();

        if (ageComparator.compare(student1, student2) > 0) {
            System.out.println("student1 > student2");
        } else {
            System.out.println("student1 < student2");
        }
    }

我们也可以利用比较器写一个冒泡排序:

public static void bubbleSort(Comparable[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if (array[j].compareTo(array[j + 1]) > 0) {
                    Comparable tmp = array[j];
                    array[j] = array[j + 1];
                    array[j + 1] = tmp;
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[3];
        students[0] = new Student("bit", 10);
        students[1] = new Student("hello", 40);
        students[2] = new Student("gbc", 5);
        bubbleSort(students);
        System.out.println(Arrays.toString(students));
    }

2.7 Clonable 接口和深拷贝

2.7.1 Cloneable接口

class Person {
    public int id;

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "id=" + id +
                '}';
    }
}

public class Test2 {
    public static void main(String[] args){
        Person person = new Person();
    }
}

如上代码所示, 有一个person对象, 现在假设需要克隆一下这个person对象. 也就是说, 有一个一模一样的person对象. 那么此时上面代码的内存图如下所示.

现在要求把这个对象拷贝(克隆)一份, 就需要让Person实现Cloneable接口.

然后在Person中重写Object.clone()方法:

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

最后在main上声明异常，并强转person.clone的结果:

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Person person = new Person();
        Person person2 = (Person) person.clone();
        System.out.println(person);
        System.out.println(person2);
    }
}

于是当以上代码写完之后, 内存分布如下:

运行结果:

2.7.2 深拷贝

深拷贝是什么? 与之相对应的, 浅拷贝又是什么?

浅拷贝

我们更改一下上面Cloneable的示例代码,

class Money {
    public double m = 12.5;
}

class Person implements Cloneable {
    public int id;
    public Money money = new Money();


    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "id=" + id +
                '}';
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

添加了Money类, 并在Person中加入成员属性, 那么此时的内存分布如下.

在main中代码不变的情况下, 其克隆的内存效果图如下.

同时:

        System.out.println("person：" + person.money.m);
        System.out.println("person2：" + person2.money.m);

运行结果:

那么可以看到, money是指向的同一个对象, 如果是这样就会有一个问题:

        person2.money.m = 1999;

可以看到, person和person2的money都被改成了1999, 这是我们不希望看到的, 我们预期的是把money也拷贝一份.

以上这就是浅拷贝, 并没有把person中作为对象的成员属性也进行拷贝. 我们希望能够达到深拷贝, 如下图, 把money也拷贝了过去.

深拷贝

可以看到, 此时修改person2.money.m的值, 并不会影响原来person.money.m的值, 这就是深拷贝.

class Money implements Cloneable {
    public double m = 12.5;

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

注意此时如果只在Money中重写clone(), 依然是不符合预期结果的, 显然这个clone()并没有被调用.

class Person implements Cloneable {
    public int id;
    public Money money = new Money();

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        //return super.clone();
        Person tmp = (Person) super.clone();    // 克隆了Person
        tmp.money = (Money) this.money.clone(); // 克隆了Money
        return tmp;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "id=" + id +
                '}';
    }
}

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

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

所以在开发之中，Object类是参数的最高统一类型。但是Object类也存在有定义好的一些方法。如下：

对于整个Object类中的方法需要实现全部掌握。

在这里，我们主要熟悉这几个方法：toString()方法，equals()方法，hashcode()方法

3.1 获取对象信息

在sout(对象)的时候, 底层就是调用的Object.toString(), 然后toString()中有调用到hashCode()

那么hashCode()是什么?

可以看到, hashCode()返回的是一个int类型的值, 然后把它变成十六进制(toHexString)

在 public native int hashCode();的注释中可以看到:
Returns a hash code value for the object. This method is supported for the benefit of hash tables such as those provided by java.util.HashMap.
返回对象的哈希代码值。支持此方法是因为可以使用诸如java.util.HashMap提供的哈希表之类的哈希表。

3.2 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

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
}

public class Test6 {
    public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person("张三", 18);
        Person person2 = new Person("张三", 18);
    }
}

可以看到, 运行结果是false, 但是我们希望的结果的true.

进行调试:

那么怎么办?

我们预期是认为person1和person2是两个一样的人, 那么就需要在Person中自己重写equals()方法.

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj == null) {
            return false;
        }
        if (this == obj) {
            return true;
        }
        // 不是Person类对象 是不是同种类型
        if (!(obj instanceof Person)) {
            return false;
        }

        Person per = (Person) obj;
        if (this.name.equals(per.name) && this.age == per.age) {
            return true;
        }
        return false;
    }

再次运行程序:

如果以后写了自定义类型, 那么就需要注意重写 equals()方法

结论：比较对象中内容是否相同的时候，一定要重写equals方法。

3.3 hashcode方法

前面有提到过hashCode, 这个方法是帮我们计算一个具体的对象位置.

class Person {
    private String name ;
    private int age ;
    public Person(String name, int age) {
        this.age = age ;
        this.name = name ;
    }
}

public class Test6 {
    public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person("张三",18);
        Person person2 = new Person("张三",18);
        System.out.println(person1.hashCode());
        System.out.println(person2.hashCode());
    }
}

可以看到, 两个person的hash数值不一样. 但是在数据结构的哈希表中如果两个人都叫张三的话, 这个时候就要看hashCode能否把它俩放到同一个位置上.

像重写equals方法一样，我们也可以重写hashcode()方法。

    @Override
    public int hashCode() {
        //计算对象的位置
        return Objects.hash(name, age);
    }

1、hashcode方法用来确定对象在内存中存储的位置是否相同
2、事实上hashCode() 在散列表中才有用，在其它情况下没用。在散列表中hashCode() 的作用是获取对象的散列码，进而确定该对象在散列表中的位置。