初识Java 8-1 接口和抽象类

目录

抽象类和抽象方法

接口定义

默认方法

多重继承

接口中的静态方法

作为接口的Instrument

---

本笔记参考自： 《On Java 中文版》

---

        接口和抽象类提供了一种更加结构化的方式分离接口和实现。

抽象类和抽象方法

        抽象类，其介于普通类和接口之间。在构建具有字段而未实现方法的类时，抽象类是重要且必要的工具。以Instrument类为例：

package music;public class Instrument {public void play(Note n) {}
}

        由这个类可以衍生出很多子类：Wind、Brass等。在这里，Instrument存在的目的就是为了为它的子类创建一个公共接口。换言之，Instrument建立了一种基本形式，用于抽象出所有子类的共同之处。在这里，Instrument可以被称为抽象基类，简称抽象类。

    创建抽象类的目的，就是通过一个公共接口来操作一组的类。因此，Instrument只需要提供一个接口就可以了。

        Java提供了一种抽象方法的机制，这是一个不完整的方法：只有声明，而没有方法体（类似于C++的纯虚函数）。其声明语法如下：

abstract void f();

        包含抽象方法的类就是抽象类。若一个类包含有一个或以上的抽象方法，则该类就必须被定义为抽象类，否则就会报错。

abstract class Basic {abstract void unimplemented();
}

        因为抽象类是不完整的，为了防止其被误用，当试图创建一个抽象类的对象时，就会收到报错：

        若想要继承一个抽象类，那么这个新类就必须为基类中的所有抽象方法提高方法定义。否则，认为子类也是抽象的，此时编译器会强制要求使用abstract关键字来限定这个子类：

abstract class Basic2 extends Basic {int f() {return 111;}abstract void g();// 仍然没有实现unimplemented()方法
}

        一个抽象类可以不包含任何的抽象方法。这种用法主要用于阻止对于该方法的任何实例化：

abstract class Basic3 {int f() {return 111;}// 可以不需要抽象方法
}public class AbstractWithoutAbstracts {// 实例化依旧会报错：Basic3是抽象类// Basic3 b3 = new Basic3();
}

        使用一个继承了抽象类的子类，若想要实例化这个子类，就需要为抽象类的所有抽象方法提供定义：

abstract class Uninstantiable {abstract void f();abstract void g();
}public class Instantiable extends Uninstantiable {@Overridevoid f() {System.out.println("f()");}@Overridevoid g() {System.out.println("g()");}public static void main(String[] args) {Uninstantiable ui = new Instantiable();}
}

        在上述程序中，即使@Override不标注，只要没有使用相同的方法名称或是方法签名，抽象机制仍然可以知道程序员有没有实现抽象方法。在这里，@Override主要用于提示，表示该方法已经被重写了。

        抽象类对于访问权限没有过多限制，其的默认访问权限就是包访问权限。但是，抽象方法是不允许private的：

abstract class AbstractAccess {private void m1() {}// private abstract void m1a();protected void m2() {}protected abstract void m2a();void m3() {}abstract void m3a();public void m4() {}public abstract void m4a();
}

        不允许private abstract是因为，这种抽象方法无法在子类中得到一个合法的定义。

        抽象类不会要求其所有的方法都是抽象的，将需要使用的公共接口声明为abstract即可。依据这些已知的知识，以乐器（Instrument）为例：

package music4;import music.Note;abstract class Instrument {private int i; // 这一变量在每个对象中都会被分配储存public abstract void play(Note n);public String what() {return "Instrument";}public abstract void adjust();
}class Wind extends Instrument {@Overridepublic void play(Note n) {System.out.println("Wind.play(): " + n);}@Overridepublic String what() {return "Wind";}@Overridepublic void adjust() {System.out.println("对Wind进行调整");}
}class Percussion extends Instrument {@Overridepublic void play(Note n) {System.out.println("Percussion.play(): " + n);}@Overridepublic String what() {return "Percussion";}@Overridepublic void adjust() {System.out.println("对Percussion进行调整");}
}class Stringed extends Instrument {@Overridepublic void play(Note n) {System.out.println("Stringed.play(): " + n);}@Overridepublic String what() {return "Stringed";}@Overridepublic void adjust() {System.out.println("对Stringed进行调整");}
}class Brass extends Wind {@Overridepublic void play(Note n) {System.out.println("Brass.play(): " + n);}@Overridepublic void adjust() {System.out.println("对Brass进行调整");}
}class Woodwind extends Wind {@Overridepublic void play(Note n) {System.out.println("Woodwind.play(): " + n);}@Overridepublic String what() {return "Woodwind";}
}public class Music4 {static void tune(Instrument i) { // 新的类型也可以使用tune()方法// ...i.play(Note.MIDDLE_C);}static void tuneAll(Instrument[] e) {for (Instrument i : e)tune(i);}public static void main(String[] args) {Instrument[] orchestra = {new Wind(),new Percussion(),new Stringed(),new Brass(),new Woodwind()};tuneAll(orchestra);}
}

        程序执行的结果如下：

        抽象类和抽象方法明确了类的抽象性，并且告诉用户和编译器自己的预期用途，这种工具也常被用在重构之中。

接口定义

        接口通过interface进行定义。在Java 8之前，它只被运行使用抽象方法：

public interface PureInterface {int m1();void m2();double m3();
}

在接口中定义抽象方法不需要使用abstract关键字，因为在接口中不会存在方法体。

        总结一下：在Java 8之前，interface可以创建一个完全抽象的类，不代表任何实现。接口仅负责描述，它确定方法名、方法体和返回类型，但不提供方法体。接口只提供一种形式，而使用了接口的代码会知道可以为接口调用哪些方法。

        Java 8开始，接口中允许默认方法和静态方法。此时接口的基本概念依旧成立，即接口是一个类型的概念，而非实现。

        接口与抽象类的区别：

• 接口通常暗示“类的类型”或作为形容词使用。
• 抽象类通常是类层次结构的一部分。

    接口的方法默认是public的，而不是包访问权限。

        接口可以包含字段，这些字段是隐式的static和final。

        使用implement关键字，可以创建一个符合特定接口（或一组接口）的类。例如：

interface Concept { // 类前没有使用public修饰，是包访问权限void idea1();void idea2();
}class ImplementingAnInterface implements Concept {@Overridepublic void idea1() {System.out.println("idea1");}@Overridepublic void idea2() {System.out.println("idea2");}
}

        注意：当实现一个接口时，来自接口的方法必须被定义为public。因为Java编译器不会允许将接口方法的访问权限设为包访问权限，这会降低继承期间方法的可访问性。

默认方法

        Java 8之后，default关键字有了一个额外的用途：在接口中，default会允许方法创建一个方法体。实现了该接口的类，可以不定义default修饰的方法而直接使用方法。

interface InterfaceWithDefault {void firstMethod();void secondMethod();default void defaultMethod() {System.out.println("这是一个由default修饰的方法");}
}

        只要实现上述接口的firstMethod方法和secondMethod方法，就可以使用这个接口了：

// 和InterfaceWithDefault.java处于同一文件夹中public class Implementation implements InterfaceWithDefault {@Overridepublic void firstMethod() {System.out.println("方法一");}@Overridepublic void secondMethod() {System.out.println("方法二");}public static void main(String[] args) {InterfaceWithDefault i = new Implementation();i.firstMethod();i.secondMethod();i.defaultMethod();}
}

        程序执行的结果是：

        之所以添加默认方法，原因之一是：这允许向现有接口中添加方法，而不会破坏已经在使用该接口的所有方法（默认方法也称防御方法或虚拟扩展方法）。

    JDK 9中，接口的default和static方法都可以是private的。

---

多重继承

        多重继承，即一个类可以从多个基类型继承特性和功能。但Java在严格意义上是一种单继承语言：Java只允许继承一个类（或抽象类）。在默认方法出现之后，Java才拥有了一些多重继承的特性。

        现在，我们可以通过把接口和默认方法结合起来，来结合多个基类型的行为。

        但Java只允许结合“行为”，换句话说，接口中不允许存在字段（除非是静态字段）。字段依旧只能来自单个基类或抽象类，所以我们无法获得状态的多重继承。例如：

interface One {default void first() {System.out.println("方法One.first()");}
}interface Two {default void second() {System.out.println("方法Two.second()");}
}interface Three {default void third() {System.out.println("方法Three.third()");}
}class MI implements One, Two, Three { // 结合了多个接口
}public class MultipleInheritance {public static void main(String[] args) {MI mi = new MI();mi.first();mi.second();mi.third();}
}

        程序执行的结果如下：

        只要所有基类方法都有不同名称和参数列表，就可以组合多个来源。否则，编译器就会报错：

interface Bob1 {default void bob() {System.out.println("Bob1::bob");}
}interface Bob2 {default void bob() {System.out.println("Bob2::bob");}
}// class Bob implements Bob1, Bob2 { // 不可以，会发生报错
// }interface Sam1 {default void sam() {System.out.println("Sam1::sma");}
}interface Sam2 {default void sam(int i) {System.out.println("Sam2::sma = " + i * 2);}
}class Sam implements Sam1, Sam2 { // 可以，因为方法的参数列表不同
}interface Max1 {default void max() {System.out.println("Max1::max");}
}interface Max2 {default int max() {System.out.println("Max2::max");return 1;}
}// class Max implements Max1, Max2 { // 不可以，参数列表不足以区分方法
// }

        编译器会通过方法签名来区分不同的方法，因为方法签名具有唯一性：签名包括名称和参数类型。但是，返回类型不是方法签名的一部分。

        如果发生如上注释中的冲突，就需要通过重写冲突的方法来解决问题：

interface Coco1 {default void coco() {System.out.println("Coco1::coco");}
}interface Coco2 {default void coco() {System.out.println("Coco2::coco");}
}public class Coco implements Coco1, Coco2 {@Overridepublic void coco() { // 重写存在冲突的方法Coco2.super.coco();}public static void main(String[] args) {new Coco().coco();}
}

        上述程序最终会输出：Coco2::coco 。在Coco类中进行重写方法时，通过super关键字选择了基类Coco2进行实现。除此之外，也可以通过其他任何可行的方式进行实现。

---

接口中的静态方法

        Java 8还允许接口包含静态方法。这种设计使得我们可以将逻辑上属于接口的方法赋予接口本身。通常，会将用来操作接口的方法，以及通用工具放入接口中：

public interface Operation {void execute();static void runOps(Operation... ops) { // 用来操作接口for (Operation op : ops)op.execute();}static void show(String msg) { // 通用方法System.out.println(msg);}
}

    其中，runOps()是一个模板方法设计模式的例子。

        借由runOps()这个方法，下面展示的是创建Operation的不同方法：

import operation.Operation;class Heat implements Operation {@Overridepublic void execute() {Operation.show("Heat");}
}public class MetaWork {public static void main(String[] args) {Operation twist = new Operation() {public void execute() { // 在使用前，必须在静态上下文中对方法进行定义Operation.show("Twist");}};Operation.runOps(new Heat(), // 【1】：按常规方式创建new Operation() { // 【2】：匿名类public void execute() {Operation.show("Hammer");}},twist::execute, // 使用方法引用() -> Operation.show("Anneal")); // Lambda表达式，需要最少的代码}
}

        总结上述程序，可以得出各种创建Operation的不同方式：

1. 常规类Heat
2. 匿名类
3. 方法引用
4. Lambda表达式，需要最少的代码

---

作为接口的Instrument

        使用接口更新关于乐器的Instrument：

        接口一经实现，这个实现就会变成一个可以用常规方式扩展的普通类。接口中，任何方法的默认权限都是public的。Instrument中的play()和adjust()都使用default关键字定义。

package music5;import music.Note;interface Instrument {int VALUR = 5; // 默认是static并且final的，即编译时常量default void play(Note n) { // 默认权限是public的System.out.println(this + ".play()" + n);}default void adjust() {System.out.println("调整：" + this);}
}class Wind implements Instrument {@Overridepublic String toString() {return "Wind";}
}class Percussion implements Instrument {@Overridepublic String toString() {return "Percussion";}
}class Stringed implements Instrument {@Overridepublic String toString() {return "Stringed";}
}class Brass extends Wind {@Overridepublic String toString() {return "Brass";}
}class Woodwind extends Wind {@Overridepublic String toString() {return "Woodwind";}
}public class Music5 {static void tune(Instrument i) {// ...i.play(Note.MIDDLE_C);}static void tuneAll(Instrument[] e) {for (Instrument i : e)tune(i);}public static void main(String[] args) {Instrument[] orchestra = {new Wind(),new Percussion(),new Stringed(),new Brass(),new Woodwind()};tuneAll(orchestra);}
}

        程序执行的结果是：

        上述程序中，使用根类Object的方法toString()替代了what()方法。

    无论是向上转型为常规类、抽象类或是接口，tune()方法的行为都是一样的。实际上tune()也无从得知Instrument到底是什么类。