抽象类与接口
抽象类:(abstract class)
一. 抽象类里面并非一定需要抽象方法,但是没有抽象方法,抽象类就没有存在的意义。
二. 在以下任一条件成立时,类必须定义成抽象类:
    ① 类中有至少一个抽象方法。
    ② 类继承了父类中的抽象方法,但是至少有一个抽象方法没有实现。
    ③ 类实现了某个接口,但没有全部实现接口中的方法。
 
接口:(interface)
一. 什么是接口
    ① 接口是方法和常量值的定义的集合。
    ② 接口是一种特殊的抽象类,这种抽象类中只包含常量和方法的定义,而没有变量和方法的实现。
    ③ 接口和类类似,也可以从一个父接口中派生。接口的继承也是使用"extends"关键字来完成。
二. 实现接口
    ① 多个无关的类可实现同一个接口。
    ② 一个类可实现多个无关的接口。接口的实现是使用"implements"关键字来完成。
    ③ 在Java中,可以通过接口来模拟多继承。
 
多态:(Polymorphism)
    ① 在Java中,对象变量是多态的。一个类型为Aclass的变量既可以指向类型为Aclass的对象,又可
以指向Aclass的任何子类的对象。
    ② 以多态的形式来传递参数,增强了参数类型的灵活性。
    ③ 一个对象只能有一种确切的数据类型。
    ④ 一个引用类型变量如果声明为父类的类型,但实际引用的是子类对象,那么该变量就不能再访问子类中添加的属性和方法。
 
   是一个(is-a)与像是一个(is-like-a)关系

对于继承可能会引发某种争论:
    继承应该只重载基类的方法(而并不添加在基类中没有的新方法)吗?如果这样做,就意味着导出类和基类是完全相同的类型,因为它们具有完全相同的接口。如果你可以用一个导出类对象来完全替代一个基类对象。这可以被视为“纯粹替代(pure_substitution)”,通常称之为“替代法(substitution_principle)”。在某种意义上,这是一种处理继承的理想方式。我们经常将这种情况下的基类与导出类之间的关系称为“is-a”关系,因为你可以说“一个圆形就是一个几何形状”。判断是否继承,就是要确定你是否可以用is-a来描述之间的关系,并使之具有实际意义。
    有时你必须在导出类型中添加新的接口元素,这样也就扩展了接口并创建了新的类型。这个新的类型仍然可以替代基类,但是这种替代并不完美,因为基类无法访问你新添加的方法。这种情况我们可以描述为“is-like-a”关系。新类型具有旧类型的接口,但是它还包含其他方法,所以你不能说它们完全相同
 
    下面我们看看抽象类和接口中都能有些什么内容:
 1 抽象类:
    有构造器
    有变量/也有常量
    有抽象方法/方法实现
    修饰符需要定义(public abstract final)
    可以有游离块
 2 接口:
    没有构造器
    只有常量
    只有抽象方法
    修饰符默认为(public abstract final)
    没有游离块
 
    在Java中,abstract class 和 interface 是支持抽象类定义的两种机制。它们的目的都是为了程序的解耦合。使得我们在设计程序时更加灵活,便于后期的维护。它们对于抽象类定义方面的支持具有很大的相似性,甚至可以相互替换。但其实两者之间还是有很大区别的。对它们的选择可以反映出对于问题领域本质的理解,设计意图的理解是否正确,合理。
 
    理解抽象类
    abstract class和interface在Java语言中都是用来进行抽象类定义的,那么什么是抽象类,使用抽象类能为我们带来什么好处呢?(这里的抽象类并非从abstract class翻译而来,它表示的是一个抽象体,而abstract class为Java语言中用于定义抽象类的一种方法,请注意区分)
    在 面向对象的概念中,我们知道所有的对象都是通过类来描绘的,但是反过来却不是这样,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。
 
    抽象类往往用来表征我们在对问题领域进行分析、设计中得出的抽象概念,是对一系列看上去不同,但是本质上相同的具体概念的抽象。
    比如:如果我们进行一个图形编辑软件的开发,就会发现问题领域存在着圆、三角形这样一些具体概念,它们是不同的,但是它们又都属于形状这样一个概念,形状这个概念在问题领域是不存在的,它就是一个抽象概念。正是因为抽象的概念在问题领域没有对应的具体概念,所以用以表征抽象概念的抽象类是不能够实例化的。
 
    在面向对象领域,抽象类主要用来进行类型隐藏。我们可以构造出一个固定的一组行为的抽象描述,但是这组行为却能够有任意个可能的具体实现方式。这个抽象描述就是抽象类,而这一组任意个可能的具体实现则表现为所有可能的派生类。模块可以操作一个抽象体。由于模块依赖于一个固定的抽象体,因此它可以是不允许修改的;同时,通过从这个抽象体派生,也可扩展此模块的行为功能。从语法定义层面看abstract class 和 interface在语法层面,Java语言对于abstract class和interface给出了不同的定义方式,下面以定义一个名为Demo的抽象类为例来说明这种不同。
使用abstract class的方式定义Demo抽象类的方式如下:
abstract class Demo{
         abstract void method1();
         abstract void method2();
         …


使用interface的方式定义Demo抽象类的方式如下:
interface Demo{
         void method1();
         void method2();
         …
}

    在abstractclass方式中,Demo可以有自己的数据成员,也可以有非abstract的成员方法,而在interface方式的实现中,Demo只能够有静态的不能被修改的数据成员(也就是必须是staticfinal的,不过在interface中一般不定义数据员),所有的成员方法都是abstract的。从某种意义上说,interface是一种特殊形式的 abstract class。
    从编程的角度来看,abstract class和interface都可以用来实现 "design by contract" 的思想。但是在具体的使用上面还是有一些区别的。
 
    首先,abstractclass在Java语言中表示的是一种继承关系,一个类只能使用一次继承关系(因为Java不支持多继承--转注)。但是,一个类却可以实现多个interface。也许,这是Java语言的设计者在考虑Java对于多重继承的支持方面的一种折中考虑吧。
    其次,在abstract class的定义中,我们可以赋予方法的默认行为。但是在interface的定义中,方法却不能拥有默认行为,为了绕过这个限制,必须使用委托,但是这会增加一些复杂性,有时会造成很大的麻烦。
 
    在抽象类中不能定义默认行为还存在另一个比较严重的问题,那就是可能会造成维护上的麻烦。因为如果后来想修改类的界面(一般通过 abstract class 或者interface来表示)以适应新的情况(比如,添加新的方法或者给已用的方法中添 加新的参数)时,就会非常的麻烦,可能要花费很多的时间(对于
派生类很多的情况,尤为如此)。但是如果界面是通过abstract class来实现的,那 么可能就只需要修改定义在abstract class中的默认行为就可以了。
    同样,如果不能在抽象类中定义默认行为,就会导致同样的方法实现出现在该抽象类的每一个派生类中,违反了 "one rule,one place" 原则,造成代码重复,同样不利于以后的维护。因此,在abstract class和interface间进行选择时要非常的小心。

    从设计理念层面看 abstract class 和 interface上 面主要从语法定义和编程的角度论述了abstract class和interface的区 别,这些层面的区别是比较低层次的、非本质的。本小节将从另一个层面:abstract class和interface所反映出的设计理念,来分析一下二 者的区别。作者认为,从这个层面进行分析才能理解二者概念的本质所在。
 
    前面 已经提到过,abstract class在Java语言中体现了一种继承关系,要想使得 继承关系合理,父类和派生类之间必须存在"is-a"关系,即父类和派生类在概念本质上应该是相同的。对于interface来说则不然,并不要求interface的实现者和interface定义在概念本质上是一致的, 仅仅是实现了interface定义的契约而已。为了使论述便于理解,下面将通过一个简单的实例进行说明。
    考虑这样一个例子,假设在我们的问题领域中有一个关于Door的抽象概念,该Door具有执行两个动作open和close,此时我们可以通过abstract class或者interface来定义一个表示该抽象概念的类型,定义方式分别如下所示:
使用abstract class方式定义Door:
abstract class Door{
         abstract void open();
         abstract void close();
}

使用interface方式定义Door:
interface Door{
         void open();
         void close();
}

    其他具体的Door类型可以extends使用abstract class方式定义的Door或者implements使用interface方式定义的Door。看起来好像使用abstract class和interface没有大的区别。
    如果 现在要求Door还要具有报警的功能。我们该如何设计针对该例子的类结构呢?下面将罗列出可能的解 决方案,并从设计理念层面对这些不同的方案进行分析。(在本例中主要是为了展示 abstract class 和interface 反映在设计理念上的区别)
解决方案一:

简单的在Door的定义中增加一个alarm方法,如下:
abstract class Door{
         abstract void open();
         abstract void close();
         abstract void alarm();
}

或者
interface Door{
         void open();
         void close();
         void alarm();
}

那么具有报警功能的AlarmDoor的定义方式如下:
class AlarmDoor extends Door{
         void open(){…}
         void close(){…}
         void alarm(){…}
}

或者
class AlarmDoor implements Door{
         void open(){…}
         void close(){…}
         void alarm(){…}


    这种方法违反了面向对象设计中的一个核心原则 ISP (Interface Segregation Principle),在Door的定义中把Door概念本身固有的行为方法和另外一个概念"报警器"的行为方法混在了一起。这样引起的一个问题是那些仅仅依赖于Door这个概念的模块会因为"报警器"这个概念的改变(比如:修改alarm方法的
参数)而改变,反之亦然。
 
解决方案二:
    既然open、close和alarm属于两个不同的概念,根据ISP原则应该把它们分别定义在代表这两个概念的抽象类中。定义方式有:①这两个概念都使用 abstract class 方式定义;②两个概念都使用interface方式定义;③一个概念 使用 abstract class 方式定义,另一个概念使用interface方式定义。
    显然,由于Java语言不支持多重继承,①是不可行的。② ③都是可行的,但是对于它们的选择却反映出对于问题领域中的概念本质的理解、对于设计意图的反映是否正确、合理。我们一一来分析、说明。

    如果两个概念都使用interface方式来定义,那么就反映出两个问题:1、我们可能没有理解清楚问题领域,AlarmDoor在概念本质上到底是Door还是报警器?2、如果我们对于问题领域的理解没有问题,比如:我们通过对于问题领域的分析发现AlarmDoor在概念本质上和Door是一致的,那么我们在实现时就没有能够正确的揭示我们的设计意图,因为在这两个概念的定义上(均使用 interface方式定义)反映不出上述含义。
 
    如果我们对于问题领域的理解是:AlarmDoor在概念本质上是Door,同时它有具有报 警的功能。我们该如何来设计、实现来明确的反映出我们的意思呢?前面已经说过,abstract class在Java语言中表示一种继承关系,而继承关系 在本质上是"is-a"关系。所以对于Door这个概念,我们应该使用abstarct
class方式来定义。另外,AlarmDoor又具有报警功能,说 明它又能够完成报警概念中定义的行为,所以报警概念可以通过interface方式定义。
如下所示:

abstract class Door{
         abstract void open();
         abstract void close();
}

interface Alarm{
         void alarm();
}

class Alarm Door extends Door implements Alarm{
         void open(){…}
         void close(){…}
         void alarm(){…}
}

    这种实现方式基本上能够明确的反映出我们对于问题领域的理解,正确的揭示我们的设计意图。其 实abstract class表示的是"is-a"关系,interface表示的是"like-a"关系,大家在选择时可以作为一个依据,当然这是建立在对 问题领域的理解上的,比如:如果我们认为AlarmDoor在概念本质上是报警器,同时又具有Door的功能,那么上述的定义方式就要反过来了。
 
小结
1.abstract class 在 Java 语言中表示的是一种继承关系,一个类只能使用一次继承关系。但是,一个类却可以实现多个interface。
2.在abstract class 中可以有自己的数据成员,也可以有非abstarct的成员方法,而在interface中,只能够有静态的不能被修改的数据成员(也就是必须是static final的,不过在 interface中一般不定义数据成员),所有的成员方法都是abstract的。
3.abstract class和interface所反映出的设计理念不同。其实abstract class表示的是"is-a"关系,interface表示的是"is-like-a"关系。
4.实现抽象类和接口的类必须实现其中的所有方法。抽象类中可以有非抽象方法。接口中则不能有实现方法。
5.接口中定义的变量默认是public static final 型,且必须给其初值,所以实现类中不能重新定义,也不能改变其值。
6.抽象类中的变量默认是 friendly 型,其值可以在子类中重新定义,也可以重新赋值。
7.接口中的方法默认都是 public,abstract 类型的。
 
结论
    abstract class 和 interface 是Java语言中的两种定义抽象类的方式,它们之间有很大的相似性。但是对于它们的选择却又往往反映出对于问题领域中的概 念本质的理解、对于设计意图的反映是否正确、合理,因为它们表现了概念间的不同的关系(虽然都能够实现需求的功能)。这其实也是语言的一种的惯用法。
//写一个抽象类完成利率的计算
public abstract class Bank {
  private double interest;//利率
  private double fund;//本金
  //计算利率的方法
  public double calc() {
    interest = getFund() * getInterestRate();
    return interest;
  }
  //抽象的方法,在具体的实例中根据需求定义
  public abstract double getInterestRate();
  //设置本金
  public void setFund(double fund) {
    this.fund = fund;
  }
  //获得本金
  public double getFund() {
    return this.fund;
  }
}
---------------------------------------
//实例1
public class ICBC extends Bank    {
  //实现父类中的抽象方法
  public double getInterestRate() {
    return 0.022;
  }
  public void test (){
    System.out.println("Test.............");
  }
}
---------------------------------------
//实例2
public class CBC extends Bank {
  //实现父类中的抽象方法
  public double getInterestRate() {
    return 0.033;
  }
  public void test (){
    System.out.println("Test......");
    }

}
---------------------------------------
public class TestBank {
    
  public static void main(String[] args) {
    //①声明子类类型,引用子类类型
    ICBC i = new ICBC();
    i.setFund(1000);
    System.out.println(i.calc());
    //变量"i"可以访问子类中添加的方法
    i.test();
    
    //②声明父类类型,引用子类类型
    Bank c = new CBC();
    c.setFund(1000);
    System.out.println(c.calc());
    //变量"c"不能访问子类中添加的方法
//    c.test();
    
    }
}