抽象类
抽象类概念
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).
抽象类语法
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
抽象类特性
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. 抽象方法不能被final和static修饰，因为抽象方法要被子类重写
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，必须要使用修饰abstract
// 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
抽象类的作用
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.
有些同学可能会说了, 普通的类也可以被继承呀, 普通的方法也可以被重写呀, 为啥非得用抽象类和抽象方法 呢?
确实如此. 但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. 那么此时如果不小心误用成父类 了, 使用普通类编译器是不会报错的. 但是父类是抽象类就会在实例化的时候提示错误, 让我们尽早发现问题.
很多语法存在的意义都是为了 "预防出错", 例如我们曾经用过的 final 也是类似. 创建的变量用户不去修改, 不 就相当于常量嘛? 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
接口的概念
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，大家在实现时，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。
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，跟推荐方式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.
接口使用
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(); } }
接口特性
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 { // Error:(4, 18) java: 此处不允许使用修饰符 private private void openDevice(); void closeDevice(); }
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
public interface USB { void openDevice(); // 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 void closeDevice(){ System.out.println("关闭USB设备"); } }
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：final public static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 // 编译报错：Error:(12, 12) java: 无法为最终变量brand分配值 USB.brand = 2.0; // 说明brand具有final属性 } }
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。
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; } }
另外我们再提供一组接口, 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(); }
接下来我们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 { p ublic 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() { 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 还有一种神奇的动物, 水陆空三栖, 叫做 "鸭子"
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, 而只关注某个类是否具备某种能力.
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, 就行
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
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。
接口可以继承一个接口, 达到复用的效果. 使用 extends 关键字.
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.
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, 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
仔细思考, 不难发现, 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 怎么确定? 需要我们额外指定.
让我们的 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; if (this.score > s.score) { return -1; } else if (this.score < s.score) { return 1; } else { return 0; } } }
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.
// 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.
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[] array) { for (int bound = 0; bound < array.length; bound++) { for (int cur = array.length - 1; cur > bound; cur--) { if (array[cur - 1].compareTo(array[cur]) > 0) { // 说明顺序不符合要求, 交换两个变量的位置 Comparable tmp = array[cur - 1]; array[cur - 1] = array[cur]; array[cur] = tmp; } } } }
再次执行代码
sort(students); System.out.println(Arrays.toString(students)); // 执行结果 [[王五:97], [李四:96], [张三:95], [赵六:92]]
Clonable 接口和深拷贝
Java 中内置了一些很有用的接口, Clonable 就是其中之一.
Object 类中存在一个 clone 方法, 调用这个方法可以创建一个对象的 "拷贝". 但是要想合法调用 clone 方法, 必须要 先实现 Clonable 接口, 否则就会抛出 CloneNotSupportedException 异常.
class Animal implements Cloneable { private String name; @Override public Animal clone() { Animal o = null; try { o = (Animal)super.clone(); } catch (CloneNotSupportedException e) { e.printStackTrace(); } return o; } } public class Test { public static void main(String[] args) { Animal animal = new Animal(); Animal animal2 = animal.clone(); System.out.println(animal == animal2); } } // 输出结果 // false
浅拷贝 VS 深拷贝
Cloneable 拷贝出的对象是一份 "浅拷贝"
观察以下代码:
class Money { public double m = 99.99; } class Person implements Cloneable{ public Money money = new Money(); @Override protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { return super.clone(); } } public class TestDemo3 { public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { Person person1 = new Person(); Person person2 = (Person) person.clone(); System.out.println("通过person2修改前的结果"); System.out.println(person1.money.m); System.out.println(person2.money.m); person2.money.m = 13.6; System.out.println("通过person2修改后的结果"); System.out.println(person1.money.m); System.out.println(person2.money.m); } } // 执行结果 通过person2修改前的结果 99.99 99.99 通过person2修改后的结果 13.6 13.6
如上代码，我们可以看到，通过clone，我们只是拷贝了Person对象。但是Person对象中的Money对象，并 没有拷贝。通过person2这个引用修改了m的值后，person1这个引用访问m的时候，值也发生了改变。这里 就是发生了浅拷贝。那么同学们想一下如何实现深拷贝呢？
抽象类和接口的区别
抽象类和接口都是 Java 中多态的常见使用方式. 都需要重点掌握. 同时又要认清两者的区别(重要!!! 常见面试题).
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.
Object类
Object是Java默认提供的一个类。Java里面除了Object类，所有的类都是存在继承关系的。默认会继承Object父 类。即所有类的对象都可以使用Object的引用进行接收。
范例：使用Object接收所有类的对象
class Student{} public class Test { public static void main(String[] args) { function(new Person()); function(new Student()); } public static void function(Object obj) { System.out.println(obj); } } //执行结果： Person@1b6d3586 Student@4554617c
所以在开发之中，Object类是参数的最高统一类型。但是Object类也存在有定义好的一些方法。如下：
对于整个Object类中的方法需要实现全部掌握。
本小节当中，我们主要来熟悉这几个方法：toString()方法，equals()方法，hashcode()方法
获取对象信息
如果要打印对象中的内容，可以直接重写Object类中的toString()方法，之前已经讲过了，此处不再累赘。
// Object类中的toString()方法实现： public String toString() { return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode()); }
对象比较equals方法
在Java中，==进行比较时：
a.如果==左右两侧是基本类型变量，比较的是变量中值是否相同
b.如果==左右两侧是引用类型变量，比较的是引用变量地址是否相同
c.如果要比较对象中内容，必须重写Object中的equals方法，因为equals方法默认也是按照地址比较的：
// Object类中的equals方法 public boolean equals(Object obj) { return (this == obj); // 使用引用中的地址直接来进行比较 } class Person{ private String name ; private int age ; public Person(String name, int age) { this.age = age ; this.name = name ; } } public class Test { public static void main(String[] args) { Person p1 = new Person("gaobo", 20) ; Person p2 = new Person("gaobo", 20) ; int a = 10; int b = 10; System.out.println(a == b); // 输出true System.out.println(p1 == p2); // 输出false System.out.println(p1.equals(p2)); // 输出false } }
Person类重写equals方法后，然后比较：
class Person{ ... @Override public boolean equals(Object obj) { if (obj == null) { return false ; } if(this == obj) { return true ; } // 不是Person类对象 if (!(obj instanceof Person)) { return false ; } Person person = (Person) obj ; // 向下转型，比较属性值 return this.name.equals(person.name) && this.age==person.age ; } }
结论：比较对象中内容是否相同的时候，一定要重写equals方法。
hashcode方法
回忆刚刚的toString方法的源码：
public String toString() { return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode()); }
我们看到了hashCode()这个方法，他帮我算了一个具体的对象位置，这里面涉及数据结构，但是我们还没学数据结 构，没法讲述，所以我们只能说它是个内存地址。然后调用Integer.toHexString()方法，将这个地址以16进制输 出。
hashcode方法源码：
public native int hashCode();
该方法是一个native方法，底层是由C/C++代码写的。我们看不到。 我们认为两个名字相同，年龄相同的对象，将存储在同一个位置，如果不重写hashcode()方法，我们可以来看示例 代码：
class Person { public String name; public int age; public Person(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } } public class TestDemo4 { public static void main(String[] args) { Person per1 = new Person("gaobo", 20) ; Person per2 = new Person("gaobo", 20) ; System.out.println(per1.hashCode()); System.out.println(per2.hashCode()); } } //执行结果 460141958 1163157884
注意事项：两个对象的hash值不一样。
像重写equals方法一样，我们也可以重写hashcode()方法。此时我们再来看看。
class Person { public String name; public int age; public Person(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } @Override public int hashCode() { return Objects.hash(name, age); } } public class TestDemo4 { public static void main(String[] args) { Person per1 = new Person("gaobo", 20) ; Person per2 = new Person("gaobo", 20) ; System.out.println(per1.hashCode()); System.out.println(per2.hashCode()); } } //执行结果 460141958 460141958
注意事项：哈希值一样。
结论：
1、hashcode方法用来确定对象在内存中存储的位置是否相同
2、事实上hashCode() 在散列表中才有用，在其它情况下没用。在散列表中hashCode() 的作用是获取对象的 散列码，进而确定该对象在散列表中的位置。
