9. 抽象类与接口

1. 抽象类

1.1 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。

抽象类除了不能实例化对象之外，类的其它功能依然存在，成员变量、成员方法和构造方法的访问方式和普通类一样。

由于抽象类不能实例化对象，所以抽象类必须被继承，才能被使用。也是因为这个原因，通常在设计阶段决定要不要设计抽象类。

父类包含了子类集合的常见的方法，但是由于父类本身是抽象的，所以不能使用这些方法。

在Java中抽象类表示的是一种继承关系，一个类只能继承一个抽象类，而一个类却可以实现多个接口。

1.2 抽象类实现

在Java语言中使用abstract class来定义抽象类

/* 文件名 : Employee.java */
public abstract class Employee
{
   private String name;
   private String address;
   private int number;
   public Employee(String name, String address, int number)
   {
      System.out.println("Constructing an Employee");
      this.name = name;
      this.address = address;
      this.number = number;
   }
   public double computePay()
   {
     System.out.println("Inside Employee computePay");
     return 0.0;
   }
   public void mailCheck()
   {
      System.out.println("Mailing a check to " + this.name
       + " " + this.address);
   }
   public String toString()
   {
      return name + " " + address + " " + number;
   }
   public String getName()
   {
      return name;
   }
   public String getAddress()
   {
      return address;
   }
   public void setAddress(String newAddress)
   {
      address = newAddress;
   }
   public int getNumber()
   {
     return number;
   }
}

注意到该Employee类没有什么不同，尽管该类是抽象类，但是它仍然有3个成员变量，7个成员方法和1个构造方法。现在如果你尝试如下的例子：

/* 文件名 : AbstractDemo.java */
public class AbstractDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      /* 以下是不允许的，会引发错误 */
      Employee e = new Employee("George W.", "Houston, TX", 43);

      System.out.println("\n Call mailCheck using Employee reference--");
      e.mailCheck();
    }
}

当你尝试编译AbstractDemo类时，会产生错误

1.3 抽象类的继承

我们能通过一般的方法继承Employee类：

/* 文件名 : Salary.java */
public class Salary extends Employee
{
   private double salary; //Annual salary
   public Salary(String name, String address, int number, double
      salary)
   {
       super(name, address, number);
       setSalary(salary);
   }
   public void mailCheck()
   {
       System.out.println("Within mailCheck of Salary class ");
       System.out.println("Mailing check to " + getName()
       + " with salary " + salary);
   }
   public double getSalary()
   {
       return salary;
   }
   public void setSalary(double newSalary)
   {
       if(newSalary >= 0.0)
       {
          salary = newSalary;
       }
   }
   public double computePay()
   {
      System.out.println("Computing salary pay for " + getName());
      return salary/52;
   }
}

尽管我们不能实例化一个Employee类的对象，但是如果我们实例化一个Salary类对象，该对象将从Employee类继承3个成员变量和7个成员方法。

/* 文件名 : AbstractDemo.java */
public class AbstractDemo
{
   public static void main(String [] args)
   {
      Salary s = new Salary("Mohd Mohtashim", "Ambehta, UP", 3, 3600.00);
      Employee e = new Salary("John Adams", "Boston, MA", 2, 2400.00);

      System.out.println("Call mailCheck using Salary reference --");
      s.mailCheck();

      System.out.println("\n Call mailCheck using Employee reference--");
      e.mailCheck();
    }
}

结果如下：

Constructing an Employee
Constructing an Employee
Call mailCheck using  Salary reference --
Within mailCheck of Salary class
Mailing check to Mohd Mohtashim with salary 3600.0

Call mailCheck using Employee reference--
Within mailCheck of Salary class
Mailing check to John Adams with salary 2400.

1.4 抽象方法

如果你想设计这样一个类，该类包含一个特别的成员方法，该方法的具体实现由它的子类确定，那么你可以在父类中声明该方法为抽象方法。

Abstract关键字同样可以用来声明抽象方法，抽象方法只包含一个方法名，而没有方法体。

抽象方法没有定义，方法名后面直接跟一个分号，而不是花括号。

public abstract class Employee
{
   private String name;
   private String address;
   private int number;

   public abstract double computePay();

   //其余代码
}

声明抽象方法会造成以下两个结果：

如果一个类包含抽象方法，那么该类必须是抽象类。
任何子类必须重写父类的抽象方法，或者声明自身为抽象类。

继承抽象方法的子类必须重写该方法。否则，该子类也必须声明为抽象类。最终，必须有子类实现该抽象方法，否则，从最初的父类到最终的子类都不能用来实例化对象。

如果Salary类继承了Employee类，那么它必须实现computePay()方法：

/* 文件名 : Salary.java */
public class Salary extends Employee
{
   private double salary; // Annual salary

   public double computePay()
   {
      System.out.println("Computing salary pay for " + getName());
      return salary/52;
   }

   //其余代码
}

1.5 抽象类总结

抽象类不能被实例化(初学者很容易犯的错)，如果被实例化，就会报错，编译无法通过。只有抽象类的非抽象子类可以创建对象。
抽象类中不一定包含抽象方法，但是有抽象方法的类必定是抽象类。
抽象类中的抽象方法只是声明，不包含方法体，就是不给出方法的具体实现也就是方法的具体功能。
构造方法，类方法（用static修饰的方法）不能声明为抽象方法。
抽象类的子类必须给出抽象类中的抽象方法的具体实现，除非该子类也是抽象类。

2. 接口

2.1 接口概念

2.1.1 概念

接口（英文：Interface），在JAVA编程语言中是一个抽象类型，是抽象方法的集合，接口通常以interface来声明。一个类通过继承接口的方式，从而来继承接口的抽象方法。

接口并不是类，编写接口的方式和类很相似，但是它们属于不同的概念。类描述对象的属性和方法。接口则包含类要实现的方法。

除非实现接口的类是抽象类，否则该类要定义接口中的所有方法。

接口无法被实例化，但是可以被实现。一个实现接口的类，必须实现接口内所描述的所有方法，否则就必须声明为抽象类。另外，在 Java 中，接口类型可用来声明一个变量，他们可以成为一个空指针，或是被绑定在一个以此接口实现的对象。

2.1.2 接口与类的相似点

一个接口可以有多个方法。
接口文件保存在 .java 结尾的文件中，文件名使用接口名。
接口的字节码文件保存在 .class 结尾的文件中。
接口相应的字节码文件必须在与包名称相匹配的目录结构中。

2.1.3 接口与类的区别

接口不能用于实例化对象。
接口没有构造方法。
接口中所有的方法必须是抽象方法。
接口不能包含成员变量，除了 static 和 final 变量。
接口不是被类继承了，而是要被类实现。
接口支持多重继承。

2.1.4 接口的特性

接口中每一个方法也是隐式抽象的,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）。
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（并且只能是 public，用 private 修饰会报编译错误。
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接口中的方法。

2.1.5 抽象类与接口的区别

抽象类中的方法可以有方法体，就是能实现方法的具体功能，但是接口中的方法不行。
抽象类中的成员变量可以是各种类型的，而接口中的成员变量只能是 public static final 类型的。
接口中不能含有静态代码块以及静态方法(用 static 修饰的方法)，而抽象类是可以有静态代码块和静态方法。
一个类只能继承一个抽象类，而一个类却可以实现多个接口。

2.2 接口的声明

接口的声明语法格式如下：

[可见度] interface 接口名称 [extends 其他的类名] {
        // 声明变量
        // 抽象方法
}

Interface关键字用来声明一个接口。下面是接口声明的一个简单例子。

/* 文件名 : NameOfInterface.java */
import java.lang.*;
//引入包

public interface NameOfInterface
{
   //任何类型 final, static 字段
   //抽象方法
}

接口有以下特性：

接口是隐式抽象的，当声明一个接口的时候，不必使用abstract关键字。
接口中每一个方法也是隐式抽象的，声明时同样不需要abstract关键子。
接口中的方法都是公有的。

实例：

/* 文件名 : Animal.java */
interface Animal {
   public void eat();
   public void travel();
}

2.3 接口的实现

当类实现接口的时候，类要实现接口中所有的方法。否则，类必须声明为抽象的类。

类使用implements关键字实现接口。在类声明中，Implements关键字放在class声明后面。

实现一个接口的语法，可以使用这个公式：

...implements 接口名称[, 其他接口, 其他接口..., ...] ...

实例：

/* 文件名 : MammalInt.java */
public class MammalInt implements Animal{

   public void eat(){
      System.out.println("Mammal eats");
   }

   public void travel(){
      System.out.println("Mammal travels");
   } 

   public int noOfLegs(){
      return 0;
   }

   public static void main(String args[]){
      MammalInt m = new MammalInt();
      m.eat();
      m.travel();
   }
}

运行结果：

Mammal eats
Mammal travels

重写接口中声明的方法时，需要注意以下规则：

类在实现接口的方法时，不能抛出强制性异常，只能在接口中，或者继承接口的抽象类中抛出该强制性异常。
类在重写方法时要保持一致的方法名，并且应该保持相同或者相兼容的返回值类型。
如果实现接口的类是抽象类，那么就没必要实现该接口的方法。

在实现接口的时候，也要注意一些规则：

一个类可以同时实现多个接口。
一个类只能继承一个类，但是能实现多个接口。
一个接口能继承另一个接口，这和类之间的继承比较相似。

2.4 接口的继承

2.4.1 接口继承的实现

一个接口能继承另一个接口，和类之间的继承方式比较相似。接口的继承使用extends关键字，子接口继承父接口的方法。

下面的Sports接口被Hockey和Football接口继承：

// 文件名: Sports.java
public interface Sports
{
   public void setHomeTeam(String name);
   public void setVisitingTeam(String name);
}

// 文件名: Football.java
public interface Football extends Sports
{
   public void homeTeamScored(int points);
   public void visitingTeamScored(int points);
   public void endOfQuarter(int quarter);
}

// 文件名: Hockey.java
public interface Hockey extends Sports
{
   public void homeGoalScored();
   public void visitingGoalScored();
   public void endOfPeriod(int period);
   public void overtimePeriod(int ot);
}

Hockey接口自己声明了四个方法，从Sports接口继承了两个方法，这样，实现Hockey接口的类需要实现六个方法。

相似的，实现Football接口的类需要实现五个方法，其中两个来自于Sports接口。

2.4.2 接口的多重继承

在Java中，类的多重继承是不合法，但接口允许多重继承。

在接口的多重继承中extends关键字只需要使用一次，在其后跟着继承接口。例如：

public interface Hockey extends Sports, Event

以上的程序片段是合法定义的子接口，与类不同的是，接口允许多重继承，而 Sports及 Event 可能定义或是继承相同的方法

2.5 标记接口

最常用的继承接口是没有包含任何方法的接口。

标识接口是没有任何方法和属性的接口.它仅仅表明它的类属于一个特定的类型,供其他代码来测试允许做一些事情。

标识接口作用：简单形象的说就是给某个对象打个标（盖个戳），使对象拥有某个或某些特权。

例如：java.awt.event 包中的 MouseListener 接口继承的 java.util.EventListener 接口定义如下：

package java.util;
public interface EventListener
{}

没有任何方法的接口被称为标记接口。标记接口主要用于以下两种目的：

建立一个公共的父接口：

正如EventListener接口，这是由几十个其他接口扩展的Java API，你可以使用一个标记接口来建立一组接口的父接口。例如：当一个接口继承了EventListener接口，Java虚拟机(JVM)就知道该接口将要被用于一个事件的代理方案。
向一个类添加数据类型：

这种情况是标记接口最初的目的，实现标记接口的类不需要定义任何接口方法(因为标记接口根本就没有方法)，但是该类通过多态性变成一个接口类型。

Jeknight