抽象类:
当编写一个类时,常常会为该类定义一些方法,这些方法用以描述该类的行为方式,那么这些方法都有具体的方法体。但在某些情况下,某个父类只是知道其子类应该包含怎样的方法,但无法准确地知道这些子类如何实现这些方法。例如定义了一个Shape类,这个类应该提供一个计算周长的方法calPerimeter(),但不同Shape子类对周长的计算方法是不一样的,即Shape类无法准确地知道其子类计算周长的方法。
可能有读者会提出,既然Shape类不知道如何实现calPerimeter()方法,那就干脆不要管它了!这不是一个好思路:假设有一个Shape引用变量,该变量实际上引用到Shape子类的实例,那么这个Shape变量就无法调用calPerimeter()方法,必须将其强制类型转换为其子类类型,才可调用calPerimeter()方法,这就降低了程序的灵活性。
如何既能让Shape类里包含calPerimeter()方法,又无须提供其方法实现呢?使用抽象方法即可满足该要求:抽象方法是只有方法签名,没有方法实现的方法。
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。规则如下。
1.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。
2.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。
3.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创建实例,主要是用于被其子类调用。
4.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 了一个接口,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。
注意:
归纳起来,抽象类可用“有得有失”4个字来描述。“得”指的是抽象类多了一个能力:抽象类可以包含抽象方法;“失”指的是抽象类失去了一个能力:抽象类不能用于创建实例。
定义抽象方法只需在普通方法上增加abstract修饰符,并把普通方法的方法体(也就是方法后花括号括起来的部分)全部去掉,并在方法后增加分号即可。
注意:
抽象方法和空方法体的方法不是同一个概念。例如,public abstract void test();是一个抽象方法,它根本没有方法体,即方法定义后面没有一对花括号;但public void test(){}方法是一个普通方法,它已经定义了方法体,只是方法体为空,即它的方法体什么也不做,因此这个方法不可使用abstract来修饰。
定义抽象类只需在普通类上增加abstract修饰符即可。甚至一个普通类(没有包含抽象方法的类)增加abstract修饰符后也将变成抽象类。
抽象类里既包含了初始化块,也包含了构造器,这些都不是在创建这个类的对象时被调用
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,只能当作父类被其他子类继承。
子类继承了该抽象类,如果这个子类是普通类,则必须实现该抽象父类中的抽象方法。因此可以创建该子类的实例,可以让一个父类类型的引用变量指向子类对象。也就是抽象类和抽象方法对多态更加支持的灵活。
final和abstract永远不能同时使用:
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)。
当使用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。
注意:
abstract不能用于修饰成员变量,不能用于修饰局部变量,即没有抽象变量、没有抽象成员变量等说法;abstract也不能用于修饰构造器,没有抽象构造器,抽象类里定义的构造器只能是普通构造器。
abstract/static/private的对比:
当使用static修饰一个方法时,表明这个方法属于该类本身,即通过类就可调用该方法,但如果该方法被定义成抽象方法,则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)。因此static和abstract不能同时修饰某个方法,即没有所谓的类抽象方法。
注意:
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。
注意:
abstract关键字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,但是private修饰的方法子类是不能重写的,因此abstract方法不能定义为private访问权限,即private和abstract不能同时修饰方法。
抽象类有什么作用?
抽象类不能创建实例,只能当成父类来被继承。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。
如果编写一个抽象父类,父类提供了多个子类的通用方法,并把一个或多个方法留给其子类实现,这就是一种模板模式,模板模式也是十分常见且简单的设计模式之一。在抽象父类中,父类的普通方法依赖于一个抽象方法,而抽象方法则推迟到子类中提供实现?
抽象类了解了----那么接口呢?
抽象类是从多个类中抽象出来的模板,如果将抽象进行到底,则能提炼出更抽象的接口 (interface)。Java 9对接口进行了改进,允许在接口中定义默认方法和类方法,默认方法和类方法都可以提供方法实现,Java 9为接口增加了一种私有方法,私有方法也可提供方法实现。
接口怎么定义呢?
定义接口不再使用class关键字,而是使用interface关键字。
1.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。
2.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来看,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。
3.一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。
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。平时用的最多的就是定义方法,但是接口里可以有成员变量(只能是静态常量),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。接口里也可以包含方法(只能是抽象实例方法、类方法、默认方法或私有方法)、内部类(包括内部接口、枚举)定义【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】。对比下来,接口比类里少了 构造器 和 初始化快定义。
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。
Java 9为接口增加了一种新的私有方法,其实私有方法的主要作用就是作为工具方法,为接口中的默认方法或类方法提供支持。私有方法可以拥有方法体,但私有方法不能使用default修饰。私有方法可以使用static修饰,也就是说,私有方法既可是类方法,也可是实例方法。
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
public interface PhoneHandle {
String bizcode = "fc-sydc-58shangbantong-app";
}
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,因此即使另一个类处于不同包下,也可以通过接口来访问接口里的成员变量。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、默认方法或私有方法,一般使用默认方法居多。因此如果不是定义默认方法、类方法或私有方法,系统将自动为普通方法增加abstract修饰符;
public interface PhoneHandle {
Boolean match(String type);
}
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、私有方法都必须有方法实现(方法体)。
接口的默认方法其实就是实例方法,默认方法必须使用default修饰,该方法不能使用static修饰,无论程序是否指定,默认方法总是使用public修饰——如果开发者没有指定public,系统会自动为默认方法添加public修饰符。由于默认方法并没有static修饰,因此不能直接使用接口来调用默认方法,需要使用接口的实现类的实例来调用这些默认方法。
提示:
接口的默认方法其实就是实例方法,但由于早期Java的设计是:接口中的实例方法不能有方法体;Java 8也不能直接“推倒” 以前的规则,因此只好重定义一个所谓的“默认方法”,默认方法就是有方法体的实例方法。
从Java 8开始,在接口里允许定义类方法,类方法必须使用static修饰,该方法不能使用default修饰,无论程序是否指定,类方法总是使用public修饰——如果开发者没有指定public,系统会自动为类方法添加public修饰符,类方法可以直接使用接口来调用。
Java 9增加了带方法体的私有方法,这也是Java 8埋下的伏笔:Java 8允许在接口中定义带方法体的默认方法和类方法—这样势必会引发一个问题,当两个默认方法(或类方法)中包含一段相同的实现逻辑时,程序必然考虑将这段实现逻辑抽取成工具方法,而工具方法
是应该被隐藏的,这就是Java 9增加私有方法的必然性。
接口可被当成一个特殊的类,因此一个Java源文件里最多只能有一个public接口,如果一个Java源文件里定义了一个public接口,则该源文件的主文件名必须与该接口名相同。
那么问题来了,一个类继承了一个类且同时实现了多个接口,那有什么要求呢?
一个类实现了一个或多个接口之后,这个类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。
一个类实现某个接口时,该类将会获得接口中定义的常量(成员变量)、方法等,因此可以把实现接口理解为一种特殊的继承,相当于实现类继承了一个彻底抽象的类(相当于除默认方法外,所有方法都是抽象方法的类)。
A类实现了接口1和接口2,因此A类的对象既可直接赋给接口1引用变量,也可直接赋给
接口2引用变量。仿佛Printer类既是Output类的子类,也是Product类的子类,这就是Java提供的模拟多继承。
注意:
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。
接口不能显式继承任何类,但所有接口类型的引用变量都可以直接赋给Object类型的引用变量。所以在上面程序中可以把Product类型的变量直接赋给Object类型变量,这是利用向上转型来实现的,因为编译器知道任何Java对象都必须是Object或其子类的实例,Product类型的对象也不例外(它必须是Product接口实现类的对象,该实现类肯定是Object的显式或隐式子类)。
说了这么多,那么接口和抽象类到底有什么区别和联系呢?
先说共同点:
1.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。
2.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。
再说区别:
1.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,接口是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改写。
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方式。
2.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、静态方法、默认方法和私有方法,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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.一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。