Java 抽象类和接口,看这一篇就够了

2019/11/06

本篇来谈谈 Java 的抽象类和接口。

曹操在《短歌行》中为杜康酒打过一个价值一亿个亿的广告——“何以解忧,唯有杜康”,我替曹操感到惋惜的是他本人并不会收到这笔不菲的代言费。想一想,要是三国时期的明星人物们有这个代言意识的话,保证各家的军费收入会多出来一个重量级的来源。

不过,酒真的能解忧吗?我不大敢相信。李白就曾质疑过:“举杯消愁愁更愁,抽刀断水水更流。”我和李白持相同的观点,酒啊,真的不容易解忧,但绝对可以增加作者莫名的写作冲动。

我在写本篇之前就小酌了一杯,一不小心激发了我强烈的创作欲望。不过我要奉劝各位,寒冬之际,如果遇到烦心事,千万别肆意地追求一醉方休,万事要懂得适可而止

01、 抽象类

一种比较苍白的说法是:在 Java 中,通过关键字 abstract 定义的类叫做抽象类。Java 是一门面向对象的语言,因此所有的对象都是通过类来描述的;但反过来,并不是所有的类都是用来描述对象的,抽象类就是其中的一种。

以下示例展示了一个简单的抽象类:

// 个人认为,一名教练必须攻守兼备
abstract class Coach {
	public abstract void defend();

	public abstract void attack();
}

在一个抽象类中,至少有一个抽象方法(通过关键字 abstract 定义的方法,并且没有方法体,如上例中的 defend() 方法和 attack() 方法),否则就没有必要称之为抽象类。需要注意的是,抽象类是不能实例化的! 它需要被一个子类继承,就像以下示例那样。

abstract class Coach {
	public abstract void defend();

	public abstract void attack();
}


class Hesai extends Coach {

	@Override
	public void defend() {
		System.out.println("防守赢得冠军");
	}

	@Override
	public void attack() {
		System.out.println("控球是把双刃剑");
	}
}

public class Demo {
	public static void main(String[] args) {
		Coach moliniao = new Hesai();
		moliniao.defend();
		moliniao.attack();
	}
}

我们都知道,一个好的教练,必须攻守兼备,但每个教练的进攻理念和防守理念不尽相同。因此,我在教练这个抽象类(Coach)中定义两个抽象方法,一个进攻(attack)一个防守(defend),这两个方法的具体实现都要由抽象类的子类确定,抽象类本身并不负责。

我们也都知道,何塞·穆里尼奥是足球界的顶级教练。他是我最爱的足球教练,没有之一。尽管他在曼联的失败有他自身的原因,但我依然崇拜他,因为:“请不要说我傲慢,因为我只是实话实说,我是欧洲冠军,因此我并非籍籍无名,而是特殊的一个!”他是固执的反控球主义者,坚信控球是把双刃剑,防守赢得冠军。

好了,对于抽象类我们简单总结一下:

1、抽象类不能被实例化。 2、抽象类应该至少有一个抽象方法,否则它没有任何意义。 3、抽象类中的抽象方法没有方法体。 4、抽象类的子类必须给出父类中的抽象方法的具体实现,除非该子类也是抽象类。

02、 接口

我们知道,有抽象方法的类被称为抽象类,也就意味着抽象类中还能有不是抽象方法的方法。这样的类就不能算作纯粹的接口,尽管它也可以提供接口的功能——只能说抽象类是普通类与接口之间的一种中庸之道。

接口(英文:Interface),在 Java 中是一个抽象类型,是抽象方法的集合;接口通过关键字 interface 来定义。接口与抽象类的不同之处在于:

1、抽象类可以有方法体的方法,但接口没有。 2、接口中的成员变量隐式为 static final,但抽象类不是的。 3、一个类可以实现多个接口,但只能继承一个抽象类。

以下示例展示了一个简单的接口:

// 隐式的abstract
interface Coach {
	// 隐式的public
	void defend();
	void attack();
}

接口是隐式抽象的,所以声明时没有必要使用 abstract 关键字;接口的每个方法都是隐式抽象的,所以同样不需要使用 abstract 关键字;接口中的方法都是隐式 public 的。

和抽象类一样,接口也不能直接被实例化,它需要一个类来实现它,就像以下示例展示那样。

class Hesai implements Coach {

	@Override
	public void defend() {
		System.out.println("防守赢得冠军");
	}

	@Override
	public void attack() {
		System.out.println("控球是把双刃剑");
	}
}

public class Demo2 {
	public static void main(String[] args) {
		Coach moliniao = new Hesai();
		moliniao.defend();
		moliniao.attack();
	}
}

实现一个接口需要用到关键字 implements,它表示:“我这个类遵从了接口的协议,如果你想使用我,看接口就行了,具体实现不用关心。”

03、 实现多个接口

在现实生活中,何塞·穆里尼奥不止是一名足球教练,他还是一个值得被尊重的英雄——凭借自身的努力,他从一名籍籍无名的跟班翻译,逐渐蜕变为一名家喻户晓的顶级教练。

如果要在程序的世界里体现何塞·穆里尼奥的多重角色,就可以使用接口,就像以下示例展示那样。

package com.cmower.java_demo.nine.inf;

interface Coach {
	// 隐式的public
	void defend();
	void attack();
}

interface Hero {
	void fight();
}


class Hesai implements Coach, Hero {

	@Override
	public void defend() {
		System.out.println("防守赢得冠军");
	}

	@Override
	public void attack() {
		System.out.println("控球是把双刃剑");
	}

	@Override
	public void fight() {
		System.out.println("只要一息尚存,就应该战斗到最后");
	}
}

public class Demo2 {
	public static void defend(Coach coach) {
		coach.defend();
	}
	
	public static void fight(Hero hero) {
		hero.fight();
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		Hesai moliniao = new Hesai();
		defend(moliniao);
		fight(moliniao);
	}
}

可以看到,创建的 Hesai 对象可以向上转型为 Coach 和 Hero,然后调用各自接口中实现的具体方法,因为 Hesai 这个类同时实现了两个接口,分别是 Coach 和 Hero(class Hesai implements Coach, Hero,接口之间通过英文逗号隔开)。

04、 接口在应用中常见的三种模式

在编程领域,好的设计模式能够让我们的代码事半功倍。在使用接口的时候,经常会用到三种模式,分别是策略模式、适配器模式和工厂模式。

1)策略模式

策略模式的思想是,针对一组算法,将每一种算法封装到具有共同接口的实现类中,接口的设计者可以在不影响调用者的情况下对算法做出改变。示例如下:

// 接口:教练
interface Coach {
	// 方法:防守
	void defend();
}

// 何塞·穆里尼奥
class Hesai implements Coach {

	@Override
	public void defend() {
		System.out.println("防守赢得冠军");
	}
}

// 德普·瓜迪奥拉
class Guatu implements Coach {

	@Override
	public void defend() {
		System.out.println("进攻就是最好的防守");
	}
}

public class Demo {
	// 参数为接口
	public static void defend(Coach coach) {
		coach.defend();
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		// 为同一个方法传递不同的对象
		defend(new Hesai());
		defend(new Guatu());
	}
}

Demo.defend() 方法可以接受不同风格的 Coach,并根据所传递的参数对象的不同而产生不同的行为,这被称为“策略模式”。

2)适配器模式

适配器模式的思想是,针对调用者的需求对原有的接口进行转接。生活当中最常见的适配器就是HDMI(英语:High Definition Multimedia Interface,中文:高清多媒体接口)线,可以同时发送音频和视频信号。适配器模式的示例如下:

interface Coach {
	void defend();
	void attack();
}

// 抽象类实现接口,并置空方法
abstract class AdapterCoach implements Coach {
	public void defend() {};
	public void attack() {};
}

// 新类继承适配器
class Hesai extends AdapterCoach {
	public void defend() {
		System.out.println("防守赢得冠军");
	}
}

public class Demo {
	public static void main(String[] args) {
		Coach coach = new Hesai();
		coach.defend();
	}
}

Coach 接口中定义了两个方法(defend()attack()),如果类直接实现该接口的话,就需要对两个方法进行实现。

如果我们只需要对其中一个方法进行实现的话,就可以使用一个抽象类作为中间件,即适配器(AdapterCoach),用这个抽象类实现接口,并对抽象类中的方法置空(方法体只有一对花括号),这时候,新类就可以绕过接口,继承抽象类,我们就可以只对需要的方法进行覆盖,而不是接口中的所有方法。

3)工厂模式

所谓的工厂模式理解起来也不难,就是什么工厂生产什么,比如说宝马工厂生产宝马,奔驰工厂生产奔驰,A 级学院毕业 A 级教练,C 级学院毕业 C 级教练。示例如下:

// 教练
interface Coach {
	void command();
}

// 教练学院
interface CoachFactory {
	Coach createCoach();
}

// A级教练
class ACoach implements Coach {

	@Override
	public void command() {
		System.out.println("我是A级证书教练");
	}
	
}

// A级教练学院
class ACoachFactory implements CoachFactory {

	@Override
	public Coach createCoach() {
		return new ACoach();
	}
	
}

// C级教练
class CCoach implements Coach {

	@Override
	public void command() {
		System.out.println("我是C级证书教练");
	}
	
}

// C级教练学院
class CCoachFactory implements CoachFactory {

	@Override
	public Coach createCoach() {
		return new CCoach();
	}
	
}

public class Demo {
	public static void create(CoachFactory factory) {
		factory.createCoach().command();
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		// 对于一支球队来说,需要什么样的教练就去找什么样的学院
		// 学院会介绍球队对应水平的教练。
		create(new ACoachFactory());
		create(new CCoachFactory());
	}
}

有两个接口,一个是 Coach(教练),可以 command()(指挥球队);另外一个是 CoachFactory(教练学院),能 createCoach()(教出一名优秀的教练)。然后 ACoach 类实现 Coach 接口,ACoachFactory 类实现 CoachFactory 接口;CCoach 类实现 Coach 接口,CCoachFactory 类实现 CoachFactory 接口。当需要 A 级教练时,就去找 A 级教练学院;当需要 C 级教练时,就去找 C 级教练学院。

依次类推,我们还可以用 BCoach 类实现 Coach 接口,BCoachFactory 类实现 CoachFactory 接口,从而不断地丰富教练的梯队。

05、 总结

尽管接口使得抽象更进一步,但任何抽象性都应该根据真正的需求而产生,因此恰当的原则是优先选择类而不是接口,只有在真正需要接口的时候再重构代码。


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