Java入门——继承和多态（下）

news2025/1/23 7:20:49

抽象类

语法规则

在上一篇文章刚才的打印图形例子中, 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 包含抽象方法的类我们称为 抽象类。

abstract class Shape { 
 abstract public void draw(); 
}

在 draw 方法前加上 abstract 关键字, 表示这是一个抽象方法.

同时抽象方法没有方法体(没有 { }, 不能执行具体 代码). 对于包含抽象方法的类, 必须加上 abstract 关键字表示这是一个抽象类.

PS

1) 抽象类不能直接实例化.

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) 抽象类中可以包含其他的非抽象方法, 也可以包含字段. 这个非抽象方法和普通方法的规则都是一样的, 可以被重写, 也可以被子类直接调用

abstract class Shape { 
 abstract public void draw(); 
 
 void func() { 
 System.out.println("func"); 
 } 
} 
 
class Rect extends Shape { 
 ... 
} 
 
public class Test { 
 public static void main(String[] args) { 
 Shape shape = new Rect(); 
 shape.func(); 
 } 
} 
 
// 执行结果 
func

抽象类的作用

抽象类存在的最大意义就是为了被继承.

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.

  • 有些同学可能会说了, 普通的类也可以被继承呀, 普通的方法也可以被重写呀, 为啥非得用抽象类和抽象方法呢?

确实如此. 但是使用抽象类相当于多了一重编译器的校验.

使用抽象类的场景就如上面的代码, 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.

接口

接口是抽象类的更进一步. 抽象类中还可以包含非抽象方法, 和字段. 而接口中包含的方法都是抽象方法, 字段只能包含 静态常量.

语法规则

在刚才的打印图形的示例中, 我们的父类 Shape 并没有包含别的非抽象方法, 也可以设计成一个接口

interface IShape { 
 void draw(); 
} 
 
class Cycle implements IShape { 
 @Override 
 public void draw() { 
 System.out.println("○"); 
 } 
} 
 
public class Test { 
 public static void main(String[] args) { 
 IShape shape = new Rect(); 
 shape.draw(); 
 } 
}
  • 使用 interface 定义一个接口
  • 接口中的方法一定是抽象方法, 因此可以省略 abstract
  • 接口中的方法一定是 public, 因此可以省略 public
  • Cycle 使用 implements 继承接口. 此时表达的含义不再是 "扩展", 而是 "实现"
  • 在调用的时候同样可以创建一个接口的引用, 对应到一个子类的实例.
  • 接口不能单独被实例化.

扩展(extends) vs 实现(implements)

扩展指的是当前已经有一定的功能了, 进一步扩充功能.

实现指的是当前啥都没有, 需要从头构造出来.

接口中只能包含抽象方法. 对于字段来说, 接口中只能包含静态常量

interface IShape { 
 void draw(); 
 public static final int num = 10; 
}

其中的 public, static, final 的关键字都可以省略. 省略后的 num 仍然表示 public 的静态常量.

1. 我们创建接口的时候, 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.

一个错误的代码

interface IShape { 
 abstract void draw() ; // 即便不写public，也是public 
} 
 
class Rect implements IShape { 
 void draw() { 
 System.out.println("□") ; //权限更加严格了，所以无法覆写。 
 } 
}

实现多个接口

有的时候我们需要让一个类同时继承自多个父类.

这件事情在有些编程语言通过 多继承 的方式来实现的.

然而 Java 中只支持单继承, 一个类只能 extends 一个父类.

//但是可以同时实现多个接口, 也能达到多继承类似的效果. 现在我们通过类来表示一组动物.
class Animal { 
 protected String name; 
 
 public Animal(String name) { 
 this.name = name; 
 } 
}
//另外我们再提供一组接口, 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(); 
} 
//接下来我们创建几个具体的动物: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(两栖动物)
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"); 
 } 
} 
//提示, IDEA 中使用 ctrl + i 快速实现接口
//还有一种神奇的动物, 水陆空三栖, 叫做 "鸭子"
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"); 
 } 
}

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.

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

接口使用实例

给对象数组排序

给定一个学生类

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 + "]"; 
 } 
}

再给定一个学生对象数组, 对这个对象数组中的元素进行排序(按分数降序).

Student[] students = new Student[] { 
 new Student("张三", 95), 
 new Student("李四", 96), 
 new Student("王五", 97), 
 new Student("赵六", 92), 
};

按照我们之前的理解, 数组我们有一个现成的 sort 方法, 能否直接使用这个方法呢?

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

仔细思考, 不难发现, 和普通的整数不一样, 两个整数是可以直接比较的, 大小关系明确. 而两个学生对象的大小关系怎 么确定? 需要我们额外指定.

让我们的 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(按分数来算).

  1. 如果当前对象应排在参数对象之前, 返回小于 0 的数字;
  2. 如果当前对象应排在参数对象之后, 返回大于 0 的数字;
  3. 如果当前对象和参数对象不分先后, 返回 0;

接口间的继承

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 { 
 ... 
}

通过接口继承创建一个新的接口 IAmphibious 表示 "两栖的". 此时实现接口创建的 Frog 类, 就继续要实现 run 方法, 也需要实现 swim 方法.

  • 接口间的继承相当于把多个接口合并在一起.

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"

public class Test { 
 static class A implements Cloneable { 
 public int num = 0; 
 
 @Override 
 public A clone() throws CloneNotSupportedException { 
 return (A)super.clone(); 
 } 
 } 
 
 static class B implements Cloneable { 
 public A a = new A(); 
 
 @Override 
 public B clone() throws CloneNotSupportedException { 
 return (B)super.clone(); 
 } 
 } 
 
 public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { 
 B b = new B(); 
 B b2 = b.clone(); 
 b.a.num = 10; 
 System.out.println(b2.a.num); 
 } 
} 
 
// 执行结果 
10

通过 clone 拷贝出的 b 对象只是拷贝了 b 自身, 而没有拷贝内部包含的 a 对象. 此时 b 和 b2 中包含的 a 引用仍 然是指向同一个对象. 此时修改一边, 另一边也会发生改变.

总结

抽象类和接口都是 Java 中多态的常见使用方式. 都需要重点掌握. 同时又要认清两者的区别

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.

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