java抽象类、多态、接口

抽象类

抽象类的产生

 

当编写一个类时,我们往往会为该类定义一些方法,这些方法是用来描述该类的功能具体实现方式,那么这些方法都有具体的方法体。

但是有的时候,某个父类只是知道子类应该包含怎么样的方法,但是无法准确知道子类如何实现这些方法。比如一个图形类应该有一个求周长的方法,但是不同的图形求周长的算法不一样。那该怎么办呢?

分析事物时,发现了共性内容,就出现向上抽取。会有这样一种特殊情况,就是方法功能声明相同,但方法功能主体不同。那么这时也可以抽取,但只抽取方法声明,不抽取方法主体。那么此方法就是一个抽象方法。

描述JavaEE工程师:行为:工作。

描述Android工程师:行为:工作。

JavaEE工程师和Android工程师之间有共性,可以进行向上抽取。抽取它们的所属共性类型:研发部员工。由于JavaEE工程师和Android工程师都具有工作功能,但是他们具体工作内容却不一样。这时在描述研发部员工时,发现了有些功能(工作)不具体,这些不具体的功能,需要在类中标识出来,通过java中的关键字abstract(抽象)。

当定义了抽象函数的类也必须被abstract关键字修饰,被abstract关键字修饰的类是抽象类。

抽象类、抽象方法的定义

抽象类定义的格式:

abstract class 类名 {
}

抽象方法定义的格式:

public abstract 返回值类型 方法名(参数);

如下代码


//研发部员工 
abstract class Developer {
    public abstract void work();//抽象函数。需要abstract修饰,并分号;结束
}

//JavaEE工程师
class JavaEE extends Developer{
    public void work() {
        System.out.println("正在研发淘宝网站");
    }
}

//Android工程师
class Android extends Developer {
    public void work() {
        System.out.println("正在研发淘宝手机客户端软件");
    }
}

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抽象类的特点

1、抽象类和抽象方法都需要被abstract修饰。抽象方法一定要定义在抽象类中。

2、抽象类不可以直接创建对象,原因:调用抽象方法没有意义。

3、只有覆盖了抽象类中所有的抽象方法后,其子类才可以创建对象。否则该子类还是一个抽象类。

之所以继承抽象类,更多的是在思想,是面对共性类型操作会更简单。

抽象类的细节问题:

1、抽象类一定是个父类?

                  是的,因为不断抽取而来的。

2、抽象类中是否可以不定义抽象方法。

                 是可以的,那这个抽象类的存在到底有什么意义呢?不让该类创建对象,方法可以直接让子类去使用

3. abstract不能和哪些关键字共存

 abstract 和static

被abstract修饰的方法没有方法体

被static修饰的可以用类名.调用,但是类名.调用抽象方法是没有意义的

abstract和final

被abstract修饰的方法强制子类重写

被final修饰的不让子类重写,所以他们是矛盾

abstract和private

被abstract修饰的是为了让子类看到并强制重写
被private修饰不让子类访问,所以他两是矛盾

接口

概念:

接口是功能的集合,同样可看做是一种数据类型,是比抽象类更为抽象的”类”。

接口只描述所应该具备的方法,并没有具体实现,具体的实现由接口的实现类(相当于接口的子类)来完成。这样将功能的定义与实现分离,优化了程序设计。

请记住:一切事物均有功能,即一切事物均有接口。

定义:

与定义类的class不同,接口定义时需要使用interface关键字。

定义接口所在的仍为.java文件,虽然声明时使用的为interface关键字的编译后仍然会产生.class文件。这点可以让我们将接口看做是一种只包含了功能声明的特殊类。

定义格式:

public interface 接口名 {
抽象方法1;
抽象方法2;
抽象方法3;
}

使用interface代替了原来的class,其他步骤与定义类相同:

  •   接口中的方法均为公共访问的抽象方法
  •   接口中无法定义普通的成员变量

类实现接口

类与接口的关系为实现关系,即类实现接口。实现的动作类似继承,只是关键字不同,实现使用implements。

其他类(实现类)实现接口后,就相当于声明:”我应该具备这个接口中的功能”。实现类仍然需要重写方法以实现具体的功能。

格式:

classimplements 接口 {
    重写接口中方法
} 

在类实现接口后,该类就会将接口中的抽象方法继承过来,此时该类需要重写该抽象方法,完成具体的逻辑。

  •   接口中定义功能,当需要具有该功能时,可以让类实现该接口,只声明了应该具备该方法,是功能的声明。
  •   在具体实现类中重写方法,实现功能,是方法的具体实现。

于是,通过以上两个动作将功能的声明与实现便分开了。( 类是现实事物的描述,接口是功能的集合。)

接口中成员的特点

1、接口中可以定义变量,但是变量必须有固定的修饰符修饰,public static final 所以接口中的变量也称之为常量,其值不能改变。

2、接口中可以定义方法,方法也有固定的修饰符,public abstract

3、接口不可以创建对象。

4、子类必须覆盖掉接口中所有的抽象方法后,子类才可以实例化。否则子类是一个抽象类。

interface Demo { ///定义一个名称为Demo的接口。
    public static final int NUM = 3;// NUM的值不能改变
    public abstract void show1();
    public abstract void show2();
}

//定义子类去覆盖接口中的方法。类与接口之间的关系是 实现。通过 关键字 implements
class DemoImpl implements Demo { //子类实现Demo接口。
    //重写接口中的方法。
    public void show1(){}
    public void show2(){}
}

接口的多实现

接口最重要的体现:解决多继承的弊端。将多继承这种机制在java中通过多实现完成了。


interface Fu1
{
    void show1();
}
interface Fu2
{
    void show2();
}
class Zi implements Fu1,Fu2// 多实现。同时实现多个接口。
{
    public void show1(){}
    public void show2(){}
}

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怎么解决多继承的弊端呢?

弊端:多继承时,当多个父类中有相同功能时,子类调用会产生不确定性。

其实核心原因就是在于多继承父类中功能有主体,而导致调用运行时,不确定运行哪个主体内容。

为什么多实现能解决了呢?

因为接口中的功能都没有方法体,由子类来明确。

类继承类同时实现接口

接口和类之间可以通过实现产生关系,同时也学习了类与类之间可以通过继承产生关系。当一个类已经继承了一个父类,它又需要扩展额外的功能,这时接口就派上用场了。

子类通过继承父类扩展功能,通过继承扩展的功能都是子类应该具备的基础功能。如果子类想要继续扩展其他类中的功能呢?这时通过实现接口来完成。


class Fu {
    public void show(){}
}
interface Inter {
    pulbic abstract void show1();
}
class Zi extends Fu implements Inter {
    public void show1() {
    }
}

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接口的出现避免了单继承的局限性。父类中定义的事物的基本功能。接口中定义的事物的扩展功能。

接口的多继承

类与类之间可以通过继承产生关系,接口和类之间可以通过实现产生关系,那么接口与接口之间会有什么关系。

多个接口之间可以使用extends进行继承。


interface Fu1{
    void show();
}
interface Fu2{
    void show1();
}
interface Fu3{
    void show2();
}
interface Zi extends Fu1,Fu2,Fu3{
    void show3();
}

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在开发中如果多个接口中存在相同方法,这时若有个类实现了这些接口,那么就要实现接口中的方法,由于接口中的方法是抽象方法,子类实现后也不会发生调用的不确定性。

 接口的思想

举例:我们都知道电脑上留有很多个插口,而这些插口可以插入相应的设备,这些设备为什么能插在上面呢?主要原因是这些设备在生产的时候符合了这个插口的使用规则,否则将无法插入接口中,更无法使用。发现这个插口的出现让我们使用更多的设备。

总结:接口在开发中的它好处

1、接口的出现扩展了功能。

2、接口其实就是暴漏出来的规则。

3、接口的出现降低了耦合性,即设备与设备之间实现了解耦。

接口的出现方便后期使用和维护,一方是在使用接口(如电脑),一方在实现接口(插在插口上的设备)。例如:笔记本使用这个规则(接口),电脑外围设备实现这个规则(接口)。

 接口和抽象的区别

通过实例进行分析和代码演示抽象类和接口的用法。

1、举例:

犬:

     行为:

               吼叫;

               吃饭;

缉毒犬:

     行为:

              吼叫;

              吃饭;

              缉毒;

代码如下


interface 缉毒{
    public abstract void 缉毒();
}
//定义犬科的这个提醒的共性功能
abstract class 犬科{
public abstract void 吃饭();
public abstract void 吼叫();
}
// 缉毒犬属于犬科一种,让其继承犬科,获取的犬科的特性,
//由于缉毒犬具有缉毒功能,那么它只要实现缉毒接口即可,这样即保证缉毒犬具备犬科的特性,也拥有了缉毒的功能
class 缉毒犬 extends 犬科 implements 缉毒{

    public void 缉毒() {
    }
    void 吃饭() {
    }
    void 吼叫() {
    }
}
class 缉毒猪 implements 缉毒{
    public void 缉毒() {
    }
}

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通过上面的例子总结接口和抽象类的区别:

相同点:

  •  都位于继承的顶端,用于被其他类实现或继承;
  •   都不能直接实例化对象;
  •  都包含抽象方法,其子类都必须覆写这些抽象方法;

区别:

  •   抽象类为部分方法提供实现,避免子类重复实现这些方法,提高代码重用性;接口只能包含抽象方法;
  • 一个类只能继承一个直接父类(可能是抽象类),却可以实现多个接口;(接口弥补了Java的单继承)
  • 抽象类是这个事物中应该具备的你内容, 继承体系是一种 is..a关系
  •   接口是这个事物中的额外内容,继承体系是一种 like..a关系

二者的选用:

  •   优先选用接口,尽量少用抽象类;
  •   需要定义子类的行为,又要为子类提供共性功能时才选用抽象类;

多态

概述:

多态是继封装、继承之后,面向对象的第三大特性。

现实事物经常会体现出多种形态,如学生,学生是人的一种,则一个具体的同学张三既是学生也是人,即出现两种形态。                                                                                                                

Java作为面向对象的语言,同样可以描述一个事物的多种形态。如Student类继承了Person类,一个Student的对象便既是Student,又是Person。

Java中多态的代码体现在一个子类对象(实现类对象)既可以给这个子类(实现类对象)引用变量赋值,又可以给这个子类(实现类对象)的父类(接口)变量赋值。

如Student类可以为Person类的子类。那么一个Student对象既可以赋值给一个Student类型的引用,也可以赋值给一个Person类型的引用。

最终多态体现为父类引用变量可以指向子类对象。

多态的前提是必须有子父类关系或者类实现接口关系,否则无法完成多态。

在使用多态后的父类引用变量调用方法时,会调用子类重写后的方法。

定义和使用格式

多态的定义格式:就是父类的引用变量指向子类对象

父类类型  变量名 = new 子类类型();
变量名.方法名();
  •   普通类多态定义的格式
父类 变量名 = new 子类();
如:    class Fu {}
    class Zi extends Fu {}
    //类的多态使用
Fu f = new Zi();
  •   抽象类多态定义的格式
抽象类 变量名 = new 抽象类子类();
如:    abstract class Fu {
         public abstract void method();
   }
class Zi extends Fu {
public void method(){
              System.out.println(“重写父类抽象方法”);
}
}
//类的多态使用
Fu fu= new Zi();
  •   接口多态定义的格式
接口 变量名 = new 接口实现类();
如: interface Fu {
             public abstract void method();
}
class Zi implements Fu {
             public void method(){
              System.out.println(“重写接口抽象方法”);
}
}
//接口的多态使用
Fu fu = new Zi();
  •  注意事项

同一个父类的方法会被不同的子类重写。在调用方法时,调用的为各个子类重写后的方法。

如 Person p1 = new Student();
   Person p2 = new Teacher();
   p1.work(); //p1会调用Student类中重写的work方法
   p2.work(); //p2会调用Teacher类中重写的work方法

多态成员的特点

掌握了多态的基本使用后,那么多态出现后类的成员有啥变化呢?前面学习继承时,我们知道子父类之间成员变量有了自己的特定变化,那么当多态出现后,成员变量在使用上有没有变化呢?

多态出现后会导致子父类中的成员变量有微弱的变化。看如下代码


class Fu {
    int num = 4;
}
class Zi extends Fu {
    int num = 5;
}
class Demo {
    public static void main(String[] args)     {
        Fu f = new Zi();
        System.out.println(f.num);
        Zi z = new Zi();
        System.out.println(z.num);
    }
}

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  •   多态成员变量

当子父类中出现同名的成员变量时,多态调用该变量时:

编译时期:参考的是引用型变量所属的类中是否有被调用的成员变量。没有,编译失败。

运行时期:也是调用引用型变量所属的类中的成员变量。

简单记:编译和运行都参考等号的左边。编译运行看左边。

多态出现后会导致子父类中的成员方法有微弱的变化。看如下代码


class Fu {
    int num = 4;
    void show()    {
        System.out.println("Fu show num");
    }
}
class Zi extends Fu {
    int num = 5;
    void show()    {
        System.out.println("Zi show num");
    }
}
class Demo {
    public static void main(String[] args)     {
        Fu f = new Zi();
        f.show();
    }
}

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  •   多态成员方法

编译时期:参考引用变量所属的类,如果没有类中没有调用的方法,编译失败。

运行时期:参考引用变量所指的对象所属的类,并运行对象所属类中的成员方法。

简而言之:编译看左边,运行看右边。

instanceof关键字

我们可以通过instanceof关键字来判断某个对象是否属于某种数据类型。如学生的对象属于学生类,学生的对象也属于人类。

使用格式:

boolean  b  = 对象  instanceof  数据类型;

Person p1 = new Student(); // 前提条件,学生类已经继承了人类
boolean flag = p1 instanceof Student; //flag结果为true
boolean flag2 = p2 instanceof Teacher; //flag结果为false

多态的转型

多态的转型分为向上转型与向下转型两种:

  •  向上转型:当有子类对象赋值给一个父类引用时,便是向上转型,多态本身就是向上转型的过程。

          使用格式:

父类类型  变量名 = new 子类类型();

如:Person p = new Student();

  • 向下转型:一个已经向上转型的子类对象可以使用强制类型转换的格式,将父类引用转为子类引用,这个过程是向下转型。如果是直接创建父类对象,是无法向下转型的!

            使用格式:

子类类型 变量名 = (子类类型) 父类类型的变量;

如:Student stu = (Student) p;  //变量p 实际上指向Student对象

 好处与弊端

当父类的引用指向子类对象时,就发生了向上转型,即把子类类型对象转成了父类类型。向上转型的好处是隐藏了子类类型,提高了代码的扩展性。

但向上转型也有弊端,只能使用父类共性的内容,而无法使用子类特有功能,功能有限制。看如下代码


//描述动物类,并抽取共性eat方法
abstract class Animal {
    abstract void eat();
}
 
// 描述狗类,继承动物类,重写eat方法,增加lookHome方法
class Dog extends Animal {
    void eat() {
        System.out.println("啃骨头");
    }

    void lookHome() {
        System.out.println("看家");
    }
}
// 描述猫类,继承动物类,重写eat方法,增加catchMouse方法
class Cat extends Animal {
    void eat() {
        System.out.println("吃鱼");
    }

    void catchMouse() {
        System.out.println("抓老鼠");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Animal a = new Dog(); //多态形式,创建一个狗对象
        a.eat(); // 调用对象中的方法,会执行狗类中的eat方法
        // a.lookHome();//使用Dog类特有的方法,需要向下转型,不能直接使用
        
        // 为了使用狗类的lookHome方法,需要向下转型
// 向下转型过程中,可能会发生类型转换的错误,即ClassCastException异常
        // 那么,在转之前需要做健壮性判断 
        if( !a instanceof Dog){ // 判断当前对象是否是Dog类型
                 System.out.println("类型不匹配,不能转换"); 
                 return; 
        } 
        Dog d = (Dog) a; //向下转型
        d.lookHome();//调用狗类的lookHome方法
    }
}

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总结:

 什么时候使用向上转型?

当不需要面对子类类型时,通过提高扩展性,或者使用父类的功能就能完成相应的操作,这时就可以使用向上转型。

  什么时候使用向下转型?

当要使用子类特有功能时,就需要使用向下转型。

  向下转型的好处:可以使用子类特有功能。

  弊端是:需要面对具体的子类对象;在向下转型时容易发生ClassCastException类型转换异常。在转换之前必须做类型判断。

如:if( !a instanceof Dog){…}

例子


/*
描述毕老师和毕姥爷,
毕老师拥有讲课和看电影功能
毕姥爷拥有讲课和钓鱼功能
*/
class 毕姥爷 {
    void 讲课() {
        System.out.println("政治");
    }

    void 钓鱼() {
        System.out.println("钓鱼");
    }
}

// 毕老师继承了毕姥爷,就有拥有了毕姥爷的讲课和钓鱼的功能,
// 但毕老师和毕姥爷的讲课内容不一样,因此毕老师要覆盖毕姥爷的讲课功能
class 毕老师 extends 毕姥爷 {
    void 讲课() {
        System.out.println("Java");
    }

    void 看电影() {
        System.out.println("看电影");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 多态形式
        毕姥爷 a = new 毕老师(); // 向上转型
        a.讲课(); // 这里表象是毕姥爷,其实真正讲课的仍然是毕老师,因此调用的也是毕老师的讲课功能
        a.钓鱼(); // 这里表象是毕姥爷,但对象其实是毕老师,而毕老师继承了毕姥爷,即毕老师也具有钓鱼功能

        // 当要调用毕老师特有的看电影功能时,就必须进行类型转换
        毕老师 b = (毕老师) a; // 向下转型
        b.看电影();
    }
}

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学习到这里,面向对象的三大特征学习完了。

总结下封装、继承、多态的作用:

  封装:把对象的属性与方法的实现细节隐藏,仅对外提供一些公共的访问方式

 继承:子类会自动拥有父类所有可继承的属性和方法。

 多态:配合继承与方法重写提高了代码的复用性与扩展性;如果没有方法重写,则多态同样没有意义。