《Java從小白到大牛》之第13章抽象類與介面

阿新 • • 發佈：2019-02-02

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Java從小白到大牛書皮

設計良好的軟體系統應該具備“可複用性”和“可擴充套件性”，能夠滿足使用者需求的不斷變更。使用抽象類和介面是實現“可複用性”和“可擴充套件性”重要的設計手段。

抽象類

Java語言提供了兩種類：一種是具體類；另一種是抽象了。前面章節接觸的類都是具體類。這一節介紹一下抽象類。

抽象類概念 {#-0}

在13.4.1節介紹多型時候，使用過幾何圖形類示例，其中Figure（幾何圖形）類中有一個onDraw（繪圖）方法，Figure有兩個子類Ellipse（橢圓形）和Triangle（三角形），Ellipse和Triangle覆蓋onDraw方法。

作為父類Figure（幾何圖形）並不知道在實際使用時有多少個子類，目前有橢圓形和三角形，那麼不同的使用者需求可能會有矩形或圓形等其他幾何圖形，而onDraw方法只有確定是哪一個子類後才能具體實現。Figure中的onDraw方法不能具體實現，所以只能是一個抽象方法。在Java中具有抽象方法的類稱為“抽象類”，Figure是抽象類，其中的onDraw方法是抽象方法。如圖13-1所示類圖中Figure是抽象類，Ellipse和Triangle是Figure子類實現Figure的抽象方法onDraw。
圖13-1　抽象類幾何圖形類圖

提示在UML類圖抽象類和抽象方法字型是斜體的，見圖13-1所示中的Figure類和onDraw方法都是斜體的。

抽象類宣告和實現 {#-1}

在Java中抽象類和抽象方法的修飾符是abstract，宣告抽象類Figure示例程式碼如下：

//Figure.java檔案

package com.a51work6;

public abstract class Figure { ①

// 繪製幾何圖形方法

public abstract void onDraw(); ②

}

程式碼第①行是宣告抽象類，在類前面加上abstract修飾符。程式碼第②行宣告抽象方法，方法前面的修飾符也是abstract，注意抽象方法中只有方法的宣告，沒有方法的實現，即沒有大括號（{}）部分。

注意如果一個方法被宣告為抽象的，那麼這個類也必須宣告為抽象的。而一個抽象類中，可以有0_{n個抽象方法，以及0}n具體方法。

設計抽象方法目的就是讓子類來實現的，否則抽象方法就沒有任何意義，實現抽象類示例程式碼如下：

//Ellipse.java檔案

package com.a51work6;

//幾何圖形橢圓形

public class Ellipse extends Figure {

//繪製幾何圖形方法

@Override

public void onDraw() {

System.out.println(&quot;繪製橢圓形...&quot;);

}

}

//Triangle.java檔案 


package com.a51work6;

//幾何圖形三角形

public class Triangle extends Figure {

// 繪製幾何圖形方法

@Override

public void onDraw() {

System.out.println(&quot;繪製三角形...&quot;);

}

}

上述程式碼聲明瞭兩個具體類Ellipse和Triangle，它們實現（覆蓋）了抽象類Figure的抽象方法onDraw。

呼叫程式碼如下：

//HelloWorld.java檔案

package com.a51work6;

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

// f1變數是父類型別，指向子類例項，發生多型

Figure f1 = new Triangle();

f1.onDraw();

// f2變數是父類型別，指向子類例項，發生多型

Figure f2 = new Ellipse();

f2.onDraw();

}

}

上述程式碼中例項化兩個具體類Triangle和Ellipse，物件f1和f2是Figure引用型別。

注意抽象類不能被例項化,只有具體類才能被例項化。

使用介面

比抽象類更加抽象的是介面，在介面中所有的方法都是抽象的。

提示 Java 8之後介面中新增加了預設方法，因此“介面中所有的方法都是抽象的”這個提法在Java 8之後是有待商榷。

介面概念 {#-0}

其實13.1.1節抽象類Figure可以更加徹底，即Figure介面，介面中所有方法都是抽象的，而且介面可以有成員變數。將13.1.1節幾何圖形類改成介面後，類圖如圖13.2所示。

圖13-2　介面幾何圖形類圖

提示在UML類圖中介面的圖示是“I”，見圖13-2所示中的Figure介面。類的圖示是“C”，見圖13-2所示中的Triangle介面。

介面宣告和實現 {#-1}

在Java中介面的宣告使用的關鍵字是interface，宣告介面Figure示例程式碼如下：

//Figure.java檔案

package com.a51work6;

public interface Figure { ①

//介面中靜態成員變數

String name = &quot;幾何圖形&quot;;//省略public static final ②

// 繪製幾何圖形方法

void onDraw(); //省略public ③

}

程式碼第①行是宣告Figure介面，宣告介面使用interface關鍵字，interface前面的修飾符是public或省略。public是公有訪問級別，可以在任何地方訪問。省略是預設訪問級別，只能在當前包中訪問。

程式碼第②行宣告介面中的成員變數，在介面中成員變數都靜態成員變數，即省略了public static final修飾符。程式碼第③行是宣告抽象方法，即省略了public關鍵字。

某個類實現介面時，要在宣告時使用implements關鍵字，當實現多個介面之間用逗號（,）分隔。實現介面時要實現介面中宣告的所有方法。

實現介面Figure示例程式碼如下：

//Ellipse.java檔案

package com.a51work6.imp;

import com.a51work6.Figure;

//幾何圖形橢圓形

public class Ellipse implements Figure {

//繪製幾何圖形方法

@Override

public void onDraw() {

System.out.println(&quot;繪製橢圓形...&quot;);

}

}

//Triangle.java檔案

package com.a51work6.imp;

import com.a51work6.Figure;

//幾何圖形三角形

public class Triangle implements Figure {

// 繪製幾何圖形方法

@Override

public void onDraw() {

System.out.println(&quot;繪製三角形...&quot;);

}

}

上述程式碼聲明瞭兩個具體類Ellipse和Triangle，它們實現了介面Figure中的抽象方法onDraw。

呼叫程式碼如下：

//HelloWorld.java檔案

import com.a51work6.imp.Ellipse;

import com.a51work6.imp.Triangle;

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

// f1變數是父類型別，指向子類例項，發生多型

Figure f1 = new Triangle();

f1.onDraw();

System.out.println(f1.name); ①

System.out.println(Figure.name); ②

// f2變數是父類型別，指向子類例項，發生多型

Figure f2 = new Ellipse();

f2.onDraw();

}

}

上述程式碼中例項化兩個具體類Triangle和Ellipse，物件f1和f2是Figure介面引用型別。介面Figure中聲明瞭成員變數，它是靜態成員變數，程式碼第①行和第②行是訪問name靜態變數。

注意介面與抽象類一樣都不能被例項化。

介面與多繼承 {#-2}

在C++語言中一個類可以繼承多個父類，但這會有潛在的風險，如果兩個父類在有相同的方法，那麼子類如何繼承哪一個方法呢？這就是C++多繼承所導致的衝突問題。

在Java中只允許繼承一個類，但可實現多個介面。通過實現多個介面方式滿足多繼承的設計需求。如果多個介面中即便有相同方法，它們也都是抽象的，子類實現它們不會有衝突。

圖13-3所示是多繼承類圖，其中的有兩個介面InterfaceA和InterfaceB，從類圖中可以見兩個介面中都有一個相同的方法void methodB()。AB實現了這兩個介面，繼承了Object父類。

圖13-3　多繼承類圖

介面InterfaceA和InterfaceB程式碼如下：

//InterfaceA.java檔案

package com.a51work6;

public interface InterfaceA {

void methodA();

void methodB();

}

//InterfaceB.java檔案

package com.a51work6;

public interface InterfaceB {

void methodB();

void methodC();

}

從程式碼中可見兩個介面都有兩個方法，其中方法methodB()完全相同。

實現介面InterfaceA和InterfaceB的AB類程式碼如下：

//AB.java檔案

package com.a51work6.imp;

import com.a51work6.InterfaceA;

import com.a51work6.InterfaceB;

public class AB extends Object implements InterfaceA, InterfaceB { ①

@Override

public void methodC() {

}

@Override

public void methodA() {

}

@Override

public void methodB() { ②

}

}

在AB類中的程式碼第②行實現methodB()方法。注意在AB類宣告時，實現兩個介面，介面之間使用逗號（，）分隔，見程式碼第①行。

介面繼承 {#-3}

Java語言中允許介面和介面之間繼承。由於介面中的方法都是抽象方法，所以繼承之後也不需要做什麼，因此介面之間的繼承要比類之間的繼承簡單的多。如同4-4所示，其中InterfaceB繼承了InterfaceA，在InterfaceB中還覆蓋了InterfaceA中的methodB()方法。ABC是InterfaceB介面的實現類，從圖可見ABC需要實現InterfaceA和InterfaceB介面中的所有方法。

圖13-4　介面繼承類圖

介面InterfaceA和InterfaceB程式碼如下：

//InterfaceA.java檔案

package com.a51work6;

public interface InterfaceA {

void methodA();

void methodB();

}

//InterfaceB.java檔案

package com.a51work6;

public interface InterfaceB extends InterfaceA {

@Override

void methodB();

void methodC();

}

InterfaceB繼承了InterfaceA，宣告時也使用extends關鍵字。InterfaceB 中的methodB()覆蓋了InterfaceA，事實上在介面中覆蓋方法，並沒有實際意義，因為它們都是抽象的，都是留給子類實現的。

實現介面InterfaceB的ABC類程式碼如下：

//ABC.java檔案

package com.a51work6.imp;

import com.a51work6.InterfaceB;

public class ABC implements InterfaceB {

@Override

public void methodA() {

}

@Override

public void methodB() {

}

@Override

public void methodC() {

}

}

ABC類實現了介面InterfaceB，事實上是實現InterfaceA和InterfaceB中所有方法，相當於同時實現InterfaceA和InterfaceB介面。

Java 8新特性預設方法和靜態方法 {#java-8}

在Java 8之前，儘管Java語言中介面已經非常優秀了，但相比其他面向物件的語言而言Java介面存在如下不足之處：

不能可選實現方法，介面的方法全部是抽象的，實現介面時必須全部實現介面中方法，哪怕是有些方法並不需要，也必須實現。
沒有靜態方法。

針對這些問題，Java 8在介面中提供了宣告預設方法和靜態方法的能力。介面示例程式碼如下：

//InterfaceA.java檔案

package com.a51work6;

public interface InterfaceA {

void methodA();

String methodB();

// 預設方法

default int methodC() {

return 0;

}

// 預設方法

default String methodD() {

return &quot;這是預設方法...&quot;;

}

// 靜態方法

static double methodE() {

return 0.0;

}

}

在介面InterfaceA中聲明瞭兩個抽象方法methodA和methodB，兩個預設方法methodC和methodD，還有聲明瞭靜態方法methodE。介面中的預設方法類似於類中具體方法，給出了具體實現，只是方法修飾符是default。介面中靜態方法類似於類中靜態方法。

實現介面示例程式碼如下：

//ABC.java檔案

package com.a51work6.imp;

import com.a51work6.InterfaceA;

public class ABC implements InterfaceA {

@Override

public void methodA() {

}

@Override

public String methodB() {

return &quot;實現methodB方法...&quot;;

}

@Override

public int methodC() {

return 500;

}

}

實現介面時介面中原有的抽象方法在實現類中必須實現。預設方法可以根據需要有選擇實現（覆蓋）。靜態方法不需要實現，實現類中不能擁有介面中的靜態方法。

上述程式碼中ABC類實現了InterfaceA介面，InterfaceA介面中的兩個預設方法ABC只是實現（覆蓋）了methodB。

呼叫程式碼如下：

//HelloWorld.java檔案

package com.a51work6.imp;

import com.a51work6.InterfaceA;

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

//宣告介面型別，物件是實現類，發生多型

InterfaceA abc = new ABC();

// 訪問實現類methodB方法

System.out.println(abc.methodB());

// 訪問預設方法methodC

System.out.println(abc.methodC()); ①

// 訪問預設方法methodD

System.out.println(abc.methodD()); ②

// 訪問InterfaceA靜態方法methodE

System.out.println(InterfaceA.methodE()); ③

}

}

執行結果：

實現methodB方法...

500

這是預設方法...

0.0

從執行結果可見，程式碼第①行呼叫預設方法methodC，是呼叫類AB中的實現。程式碼第②行呼叫預設方法methodD，是呼叫介面InterfaceA中的實現。程式碼第③行呼叫介面靜態方法，只能通過介面名（InterfaceA）呼叫，不能通過實現類ABC呼叫，可以這樣理解介面中宣告的靜態方法與其他實現類沒有任何關係。

抽象類與介面區別

經過前面的學習，廣大讀者應該對於抽象類和介面所瞭解，可能會有這樣的疑問抽象類和介面有什麼區別？本節就回答這個問題。

歸納抽象類與介面區別如下：

介面支援多繼承，而抽象類（包括具體類）只能繼承一個父類。
介面中不能有例項成員變數，介面所宣告的成員變數全部是靜態常量，即便是變數不加public static final修飾符也是靜態常量。抽象類與普通類一樣各種形式的成員變數都可以宣告。
介面中沒有包含構造方法，由於沒有例項成員變數，也就不需要構造方法了。抽象類中可以有例項成員變數，也需要構造方法。
抽象類中可以宣告抽象方法和具體方法。Java 8之前介面中只有抽象方法，而Java 8之後介面中也可以宣告具體方法，具體方法通過宣告預設方法實現。

提示學習了介面預設方法後，有些讀者還會有這樣的疑問，Java 8之後介面可以宣告抽象方法和具體方法，這就相當於抽象類一樣了嗎？在多數情況下介面不能替代抽象類，例如當需要維護一個物件的資訊和狀態時只能使用抽象類，而介面不行，因為維護一個物件的資訊和狀態需要儲存在例項成員變數中，而介面中不能宣告例項成員變數。

本章小結

通過對本章的學習，讀者可以瞭解抽象類和介面的概念，掌握如何宣告抽象類和介面，如何實現抽象類和介面。瞭解Java 8之後的介面的新變化。熟悉抽象類和介面的區別。

《Java從小白到大牛》之第13章抽象類與介面

抽象類

抽象類概念 {#-0}

抽象類宣告和實現 {#-1}

使用介面

介面概念 {#-0}

介面宣告和實現 {#-1}

介面與多繼承 {#-2}

介面繼承 {#-3}

Java 8新特性預設方法和靜態方法 {#java-8}

抽象類與介面區別

本章小結

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《Java從小白到大牛》之第13章抽象類與介面

《Java從小白到大牛》之第13章抽象類與接口

java基礎學習總結（十五）：抽象類與介面

JavaSE之面向物件程式設計—抽象類與介面—— 1

JavaSE之面向物件程式設計—抽象類與介面

JavaSE之面向物件程式設計—抽象類與介面—— 5（代理設計模式）

JavaSE之面向物件程式設計—抽象類與介面—— 4（工廠設計模式）

JavaSE之面向物件程式設計—抽象類與介面—— 3（介面的定義與使用）

JavaSE之面向物件程式設計—抽象類與介面—— 2（模板設計模式——抽象類的實際應用）

《Python從小白到大牛》第1章開篇綜述

《Python從小白到大牛》第5章 Python編碼規範

《Python從小白到大牛》第8章控制語句

《Python從小白到大牛》第9章數據結構

《Python從小白到大牛》第10章函數式編程

《Python從小白到大牛》第10章函數語言程式設計

《Python從小白到大牛》第7章運算子

python編程快速上手之第13章實踐項目參考答案(13.6.1)

python編程快速上手之第13章實踐項目參考答案(13.6.2)

《Java程式設計思想》筆記之第六章——訪問許可權控制

轉載---編寫高質量代碼:改善Java程序的151個建議(第2章:基本類型___建議26~30)

《Java從小白到大牛》之第13章 抽象類與介面

抽象類

抽象類概念 {#-0}

抽象類宣告和實現 {#-1}

使用介面

介面概念 {#-0}

介面宣告和實現 {#-1}

介面與多繼承 {#-2}

介面繼承 {#-3}

Java 8新特性預設方法和靜態方法 {#java-8}

抽象類與介面區別

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