🕊抽象类

📚1.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)

📚2.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

📚3.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.抽象方法要被子类重写,所以抽象方法不能被final和static修饰

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

📚4.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

思考一下🤔：普通的类也可以被继承, 普通的方法也可以被重写, 为什么非得用抽象类和抽象方法

原因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. 如果此时不小心误用成父类了, 在使用普通类的情况下编译器是不会报错的. 但如果父类是抽象类那么在实例化时编译器便会报错, 以便尽早发现问题

很多语法存在的意义都是为了 “预防出错”, 例如final，创建的变量用户不去修改, 变量就相当于常量，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

🌴1.概念引入

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，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.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，更推荐方式4，代码更简洁

提示📋:
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.

🌴3.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 {
    private void openDevice();
    void closeDevice();
    // Error:(4, 18) java: 此处不允许使用修饰符private
}

🦜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，但如果接口当中的方法被static或default修饰，则可以有具体的实现

public interface USB {
    void openDevice();
    
    void closeDevice(){
        System.out.println("关闭USB设备");
    }
    // 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
    
    static void test(){
        System.out.println("被static修饰的方法");
    }
   default void test(){
        System.out.println("被default修饰的方法");
    }
}

🦜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：public static final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
        
        USB.brand = 2.0;       // 说明brand具有final属性
        // 编译报错：Error:(12, 12) java: 无法为最终变量brand分配值
    }
}

🦜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

🌴4.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

请实现笔记本电脑使用USB鼠标、USB键盘的例子
1. USB接口：包含打开设备、关闭设备功能
2. 笔记本类：包含开机功能、关机功能、使用USB设备功能
3. 鼠标类：实现USB接口，并具备点击功能
4. 键盘类：实现USB接口，并具备输入功能

// 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();
   }
}
//运行结果
打开笔记本电脑
打开鼠标
点击鼠标
关闭鼠标
打开键盘
键盘输入
关闭键盘
关闭笔记本电脑

🌻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;
   }
}

另外再提供一组接口, 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() {jineng
        System.out.println(this.name + "正在蹬腿游泳");
   }
}

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

提示, IDEA 中使用 ctrl + i 快速实现接口

鸭子,既能跑, 又能游，还能飞(水陆空三栖)

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

这样设计的好处：接口的使用, 使得类的使用者不必关注具体类型, 只需关注某个类是否具备某种能力即可

例如, 现在实现一个方法, 叫 “散步”

public static void walk(IRunning running) {
    System.out.println("我带着伙伴去散步");
    running.run();
}

在这个 walk 方法内部, 我们并不关注到底是哪种动物, 只要参数是会跑的, 就可以调用

Cat cat = new Cat("小猫");
walk(cat);
 
Frog frog = new Frog("小青蛙");
walk(frog);
 
// 执行结果
我带着伙伴去散步
小猫正在用四条腿跑
我带着伙伴去散步
小青蛙正在往前跳

甚至参数可以不是 “动物”, 只要会跑

class Robot implements IRunning {
    private String name;
    public Robot(String name) {
        this.name = name;
   }
 
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.name + "正在用轮子跑");
    }
    }
 
Robot robot = new Robot("机器人");
walk(robot);
 
// 执行结果
机器人正在用轮子跑

🌻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。 接口可以使用 extends 关键字继承其他的接口, 达到复用的效果.

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

🌻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 + "]";
   }
}

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, 对于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

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的确定则需要额外指定.

让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;
        //谁调用compareTo()方法谁就是this,例：student1.compareTo(student2),这里this.score即为student1对象中的score
        if (this.score > s.score) {
            return -1;
       } else if (this.score < s.score) {
            return 1;
       } else {
            return 0;
        }
        //以上代码与return this.score > s.score;有类似的功能
        //重要📋：若想利用student对象中的name进行比较，则可直接在此处(重写Comparable接口中的compareTo()方法时)写入return this.name.compareTo(s.name);语句即可，因为name为String类型，而String也继承了Comparable接口，并重写了compareTo()方法，此处相当于直接调用了原有的compareTo()方法
    }
    //此方法一般用于固定的比较，不适用于非常灵活的比较
}

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).

📋如果当前对象应排在参数对象之前, 返回小于 0 的数字;

📋如果当前对象应排在参数对象之后, 返回大于 0 的数字;

📋如果当前对象和参数对象不分先后, 返回 0;

再次执行程序, 结果就符合预期了

import java.util.Arrays;

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;
        }
    }

 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));
 }
}
// 执行结果
[[王五:97], [李四:96], [张三:95], [赵六:92]]

📚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.

小总结📋: 只要涉及到自定义类型大小的比较就需要实现Comparable接口

为了进一步加深对接口的理解, 我们可以尝试自己实现一个 sort 方法来完成刚才的排序过程(使用冒泡排序)

public static void sort(Comparable[] comparables) {
    for (int i = 0; i < comparables.length-1; i++) {
        for (int j=0;j<comparables.length-1-i;j++) {
            //因为Student类实现了Comparable中的compareTo()方法，每一个学生对象都实现了compareTo()方法，故此处可以使用compareTo()方法
            if (comparables[j].compareTo(comparables[j+1]) > 0) {
                // 说明顺序不符合要求, 交换两个变量的位置
                //注意📋：改变此处if后()里的比较条件或改变compareTo()方法中this.sort与s.score的比较条件都可以达到不同的比较效果
                Comparable tmp = comparables[j];
                comparables[j] = comparables[j+1];
                comparables[j+1] = tmp;
           }
       }
   }
}

再次执行代码

import java.util.Arrays;

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;
        }
    }

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

    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),
        };
        sort(students);
        System.out.println(Arrays.toString(students));
    }
}
// 执行结果
[[王五:97], [李四:96], [张三:95], [赵六:92]]

以上比较方法只能根据compareTo()方法中写好的比较类型进行比较(比如compareTo()方法中是根据student对象传入的sort进行比较的，那么就不能根据student对象传入的name进行比较了)，存在局限性，因此我们可以换一个接口，通过转换器实现Comparator接口中的compare()方法并调用不同的转换器解决这一问题

给出以下两个转换器

public class ScoreComparator implements Comparator<Student> {
    public int compara(Student o1,Student o2) {
       return o1.score-o2.score;//根据分数进行比较
        }
}

public class NameComparator implements Comparator<Student> {
    public int compara(Student o1,Student o2) {
       return o1.name-o2.name;//根据名字进行比较
        }
}

在进行比较时比较形式如下：

ScoreComparator scoreComparator=new ScoreComparator();
Arrays.sort(students,scoreComparator);//实现根据分数进行比较

NameComparator nameComparator=new NameComparator();
Arrays.sort(students,nameComparator);//实现根据名字进行比较

🌻8.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

如之前写的 Animal 例子. 此处的 Animal 中包含一个 name 这样的属性, 这个属性在任何子类中都是存在的. 因此此 处的 Animal 只能作为一个抽象类, 而不应该成为一个接口

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

再次提醒: 抽象类存在的意义是为了让编译器更好的校验, 像 Animal 这样的类我们并不会直接使用, 而是使用它的子类. 万一不小心创建了 Animal 的实例, 编译器会及时提醒我们