Java中的抽象类和接口怎么应用

什么是抽象类

我们之前学过什么是类，那么抽象类是不是也是类的一种呢？

听名字就感觉好抽象呀！说对了，他就是抽象的，不是具体的。在类中没有包含足够的信息来描绘一个具体的对象，这样的类称为抽象类。

来看一个抽象类的例子

// 抽象类和抽象方法需要被 abstract 关键字修饰
abstract class Shape {
    // 抽象类中的方法一般要求都是抽象方法，抽象方法没有方法体
    abstract void draw();
}

大家觉得这个抽象类是不是什么也没干，他唯一的方法draw()还是空的。

像这样的类是不是就没有包含足够的信息来描绘一个具体的对象，自然也就不能实例化对象了。不信你看：

那既然一个类不能实例化，那这种抽象类存在的意义是什么？

抽象类在实现多态中的意义

抽象类存在的一个最大意义就是被继承，当被继承后就可以利用抽象类实现多态。

来看一段代码

// 抽象类和抽象方法需要被 abstract 关键字修饰
abstract class Shape {
    // 抽象类中的方法一般要求都是抽象方法，抽象方法没有方法体
    abstract void draw();
}
// 当一个普通类继承一个抽象类后，这个普通类必须重写抽象类中的方法
class Cycle extends Shape {
    @Override
    void draw() {  // 重写抽象类中的draw方法
        System.out.println("画一个圆圈");
    }
}

public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        //Shape shape = new Shape();  抽象类虽然不能直接实例化
        // 但可以把一个普通类对象传给一个抽象类的引用呀，即父类引用指向子类对象
        Shape shape = new Cycle(); // 这称作：向上转型
        
        /*Cycle cycle = new Cycle();
          Shape shape = cycle // 这是向上转型的另一种写法
         */
        shape.draw();         // 通过父类引用调用被子类重写的方法
    }
}

运行之后你就会发现神奇的一幕：

大家在看完了代码可能会有很多疑问，别急咱们一个一个的说，

什么是向上转型：一句话总结就是“父类引用指向子类对象”

向上转型后的变化

1. 关于方法：父类引用可以调用子类和父类公用的方法（如果子类重写了父类的方法，则调用子类的方法），但子类特有的方法无法调用。

2. 关于属性: 父类引用可以调用父类的属性，不可以调用子类的属性

向上转型的作用

1. 减少一些重复性的代码

2. 对象实例化的时候可以根据不同需求实例化不同的对象

这样的话就我们上面的代码就可以理解了

看来，我们可以通过子类对抽象类的继承和重写，抽象类还真有点用呀！

但这和多态有什么关系呢，抽象类用起来这么麻烦，我还不如直接用普通类，也能达到这样的效果，还不用再写一个子类呢？

那行，你再看看下面的代码，你就知道抽象类在实现多态时的好处了。

abstract class Shape {
    public abstract void draw(); // 抽象方法不能里有具体的语句
}
// 当一个普通类继承一个抽象类的时候，再这个子类中必须重写抽象类中的抽象方法
class Cycle extends Shape {  
    @Override              // 如果不重写会报错，但如果继承的是普通类则不会报错，用抽象类更安全
    public void draw() {
        System.out.println("画一个圆圈");
    }
}
class Flower extends Shape { // 不同的子类对父类的draw方法进行了不同的重写
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一朵花");
    }
}
class Square extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一个正方形");
    }
}

public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        Cycle cycle = new Cycle();   // 子类引用cycle
        Flower flower = new Flower(); // 子类引用flower
        Square square = new Square();
        
        // 数组的类型是Shape,即数组中每一个元素都是一个父类引用
        // 在这个过程其实也发生了向上转型，对抽象类中的方法进行了重写
        Shape[] shapes = {cycle, flower, square};  // 父类引用引用不同的子类对象
        for (int i = 0; i < shapes.length; i++) {
            Shape shape = shapes[i]; // 父类引用shape指向—>当前所对应的子类对象

            shape.draw();  // 通过父类引用调用子类重写的draw方法
        }

    }
}

调用同一个方法竟然打印出了不同的结果，这难道就是所谓的多态

是不是有点懵，下面我们来解释一下

// 对上面的代码补充一下
// 可能你对 Shape[] shapes = {cycle, flower, square};不太理解
// 但上面的代码就相当于 

 Shape[] shapes1 = new Shape[3]; // 有三个不同的子类对象呀！数组大小为3

// (将指向->子类对象)的子类引用赋值给父类对象，不就相当于该夫类引用指向->所对应的子类对象吗
//这是向上转型的另一种写法，应为前面已经实例化了子类对象  Cycle cycle = new Cycle();   
 shapes1[0] = cycle;  // 如果前面没实例化子类对象，就要写成shape1[0] = new Cycle
 shapes1[1] = flower;
 shapes1[2] = square;

对于多态来说，他有这三个要素

1. 继承（我们刚才的Cycle类继承Shape抽象类）

2. 重写（我们子类对draw方法的重写）

3. 父类指向子类对象（就是shape1[0] = cycle -->也可以称作向上转型)

回头再看一下我们的代码，是不是就刚好符合了多态的三要素。

当我们的父类引用指向不同的子类对象时，当我们调用同一个draw方法时却输出了不同的结果。（其实就是该方法再子类中被重写成了不同形式）这就叫做多态 。

嘻嘻，其实只要只要结合着例子来看，多态也没那么难理解呀

那为啥一定要用抽象类呢？我一个普通类继承普通类来实现多态不可以吗

当然可以，但不太安全有风险；

但如果是抽象类的话，就不一样了

从这我们也可以看出，当用抽象类的时候，编译器自动就对我们是否重写进行了校验，而充分利用编译器的校验, 在实际开发中是非常有意义的 。所以说抽象类还是有用的

好了，相信到这里你对抽象类也有了一个大概的认识，下面来简单做一下总结

1. 使用abstract修饰的类或方法，就抽象类或者抽象方法

2. 抽象类是不能具体的描述一个对象，不能用抽象类直接实例化对象

3. 抽象类里面的成员变量和成员方法，都是和普通类一样的，只不过就是不能进行实例化了

4. 当一个普通类继承这个抽象类后，那么这个普通类必须重写抽象类当中的所有的抽象方法（我们之前说过抽象类是不具体的，没有包含足够的信息来描述一个对象，所以我们需要把他补充完整）

   ---

5. 但当一个抽象类A继承了抽象类B，这是抽象类A就可以不重写抽象类B当中的抽象方法

6. final不能修饰抽象类和抽象方法（因为抽象类存在的最大意义就是被继承，而被final修饰的不能被继承，final和抽象，他们两个是天敌）

7. 抽象方法不能被private修饰（抽象方法一般都是要被重写的，你被private修饰了，还怎么重写）

8. 抽象类当中不一定有抽象方法，但如果一个类中有抽象方法，那么这个类一定是抽象类。

接口是什么

抽象类是从多个类中抽象出来的模板，如果将这种抽象进行的更彻底，则可以提炼出一种更加特殊的“抽象类”——接口（Interface）。

接口是Java中最重要的概念之一，它可以被理解为一种特殊的类，不同的是接口的成员没有执行体，是由全局常量和公共的抽象方法所组成。

如何定义一个接口呢？下面我们来看一个栗子

//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{
// 定义变量
int a = 10;      // 接口当中的成员变量默认都是public static final

// 抽象方法
public abstract void method1(); // public abstract 是固定搭配，可以不写
void method2();  //  接口当中的成员方法默认都是public abstract, 更推荐用第二种来定义方法 
}

可以看到接口和类其实还是有很多相似点：

接口中也包含抽象方法，所以也不能直接实例化接口，那么我们怎么用接口呢？

哈哈，很简单，我们再用一个普通类实现这个接口不就行了吗，不同的是抽象类是被子类来继承而实现的，而接口与类之间则是用关键字implements来实现。

就像普通类实现实现抽象类一样，一个类实现某个接口则必须实现该接口中的抽象方法，否则该类必须被定义为抽象类。

通过接口实现多态

铁汁们！刚才我们是用抽象类来实现多态，那么现在我们可以尝试用接口来实现多态，

接口可以看成是一种特殊的类，只能用 interface 关键字修饰
interface IShape {
    int a = 10;   接口当中的成员变量默认都是public static final
    int b = 23;
    void draw();  接口当中的成员方法一般只能是抽象方法，默认是public abstract（JDK1.8以前）
  
    default void show() {
        System.out.println("接口中的其他方法");//接口中的其他方法也可以实现，但要用default修饰
    }
    public static void test() {
        System.out.println("这是接口当中的一个静态的方法");
    }
}

// 一个普通的类要想实现接口，可以用implement, 
//因为接口也是抽象方法的，所以实现接口的这个类也要重写抽象方法
class Cycle implements IShape {

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一个圆圈");
    }
}
class Square implements IShape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一个正方形");
    }
}
class Flower implements IShape {

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一朵花");
    }
}
public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        // IShape iShape = new IShape(); 接口也不能直接实例化
        Cycle cycle = new Cycle();
        Square square = new Square();
        Flower flower = new Flower();
        // 这里的IShape接口就相当与抽象类中父类，接口类型也是一种引用类型

        IShape[] iShapes = {cycle, square, flower}; // 这个过程其实就发生了向上转型

        for (IShape iShape : iShapes) { // 增强型的for—each循环，也可以写成普通的for循环形式
            iShape.draw();              // 通过重写实现了多态
        }
    }
}
引用变量cycle和square都赋值给了Shape类型的引用变量shape,
但当执行shape.draw()时，java虚拟机到底要调用谁重写的的draw方法，
就看此时接口引用的是那个对象的，是shape的、还是cycle的

看一下运行结果

看完代码你可能有点晕，但没关系。一般接口咱也不这么用，直接使用抽象类不就好了（我只是演示一下用接口也能实现多态）

下面我们来总结一下Java中接口的几个主要特点

1. 接口中可以包含变量和方法，变量被隐式指定为 public static final，方法被隐式指定为 public abstract（JDK 1.8 d一个类可以同时实现多个接口，一个类实现某个接口则必须实现该接口中的抽象方法，否则该类必须被定义为抽象类

2. 接口支持多继承，即一个接口可以继承（extends）多个接口，间接解决了 Java 中类不能多继承的问题。

那么接口一般用在什么地方呢？

• 一般情况下，实现类和它的抽象类之前具有 "is-a" 的关系，但是如果我们想达到同样的目的，但是又不存在这种关系时，使用接口。

• 由于 Java 中单继承的特性，导致一个类只能继承一个类，但是可以实现一个或多个接口，此时可以使用接口。

下面就让我们来看看接口的正确用法：帮助java实现“ 多继承 ”

由于 Java 中单继承的特性，导致一个类只能继承一个类，但是可以实现一个或多个接口，此时可以使用接口。
class Animal {
    String name;        // 不能使用private,后面的子类也要用

    public Animal(String name) { // 父类的自定义的构造方法
        this.name = name;
    }
}
interface IFlying {   // 自定义多种接口
    void fly();
}
interface IRunning {
    void run();
}
interface ISwimming {
    void swimming();
}
// 小鸭子，不仅会跑，还会游泳、飞行
一个类继承父类，并实现多个接口，间接的解决java中不能多继承的问题
class Duck extends Animal implements IRunning, ISwimming, IFlying {

    public Duck(String name) {  // 子类构造方法
        super(name);            // 必须在子类构造方法的第一行
        // 在给实现子类的构造方法前，先要用super()调用实现父类的构造方法，比较先有父后有子呀！
        // 因为父类自己定义了构造方法，编译器不会自动给给子类构造方法中添加super();来实现父类的构造方法，需要我们自己实现
    }
    // 对接口中的抽象方法进行重写
    @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 swimming() {
        System.out.println(this.name + "正在漂在水上");
    }

}

public class 接口的使用 {  // 不用学我用中文名作为类名，我只是为演示方便
    public static void main(String[] args) {
        Duck duck = new Duck("第一个小鸭子");  // 实例化鸭子对象
        duck.fly();  // 通过引用 变量名.方法名 输出重写后的方法
        duck.run();
        duck.swimming();
    }
}
有人可能会说干嘛用接口，我直接在父类Animal中实现fly、run、swimming这些属性，
然后不同的动物子类再继承父类这些方法不行吗？

但问题是，鸭子会fly、swimming，那猫会飞和游泳吗？你再写个其他动物的子类是不是就不行了
而用接口呢？我们只是把这种飞、游泳的行为给抽象出来了，

只要一个子类有这种行为，他就可以实现相对应的接口，接口是更加灵活的

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, 同时实现多个接口。

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 ，能实现接口的类和该接口并不一定有is_a的关系，只要该类有这个接口的特性就行

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

这样设计有什么好处呢? 时刻牢记多态的好处, 让程序猿忘记类型. 有了接口之后, 类的使用者就不必关注具体类型，只要这个类有有这个特性就好。

举个栗子

class Robot implements IRunning {
    private String name;
    public Robot(String name) {
        this.name = name;
    }
    // 对run方法进行重写
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("机器人" + this.name + "正在跑");
    }
}
public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        Robot robot1 = new Robot("图图");
        robot1.run();
    }
}
// 执行结果
机器人图图正在跑

只要能跑就行，管他是机器人还是动物呢