讀者春夏秋冬在抽象類的那篇文章中留言,“二哥,面試官最喜歡問的一個問題就是,‘兄弟,說說抽象類和介面之間的區別?’,啥時候講講介面唄!”
對於物件導向程式設計來說,抽象是一個極具魅力的特徵。如果一個程式設計師的抽象思維很差,那他在程式設計中就會遇到很多困難,無法把業務變成具體的程式碼。在 Java 中,可以通過兩種形式來達到抽象的目的,一種是抽象類,另外一種就是介面。
如果你現在就想知道抽象類與介面之間的區別,我可以提前給你說一個:
- 一個類只能繼承一個抽象類,但卻可以實現多個介面。
當然了,在沒有搞清楚介面到底是什麼,它可以做什麼之前,這個區別理解起來會有點難度。
01、介面是什麼
介面是通過 interface 關鍵字定義的,它可以包含一些常量和方法,來看下面這個示例。
public interface Electronic {
// 常量
String LED = "LED";
// 抽象方法
int getElectricityUse();
// 靜態方法
static boolean isEnergyEfficient(String electtronicType) {
return electtronicType.equals(LED);
}
// 預設方法
default void printDescription() {
System.out.println("電子");
}
}
1)介面中定義的變數會在編譯的時候自動加上 public static final
修飾符,也就是說 LED 變數其實是一個常量。
Java 官方文件上有這樣的宣告:
Every field declaration in the body of an interface is implicitly public, static, and final.
換句話說,介面可以用來作為常量類使用,還能省略掉 public static final
,看似不錯的一種選擇,對吧?
不過,這種選擇並不可取。因為介面的本意是對方法進行抽象,而常量介面會對子類中的變數造成名稱空間上的“汙染”。
2)沒有使用 private
、default
或者 static
關鍵字修飾的方法是隱式抽象的,在編譯的時候會自動加上 public abstract
修飾符。也就是說 getElectricityUse()
其實是一個抽象方法,沒有方法體——這是定義介面的本意。
3)從 Java 8 開始,介面中允許有靜態方法,比如說 isEnergyEfficient()
方法。
靜態方法無法由(實現了該介面的)類的物件呼叫,它只能通過介面的名字來呼叫,比如說 Electronic.isEnergyEfficient("LED")
。
介面中定義靜態方法的目的是為了提供一種簡單的機制,使我們不必建立物件就能呼叫方法,從而提高介面的競爭力。
4)介面中允許定義 default
方法也是從 Java 8 開始的,比如說 printDescription()
,它始終由一個程式碼塊組成,為實現該介面而不覆蓋該方法的類提供預設實現,也就是說,無法直接使用一個“;”號來結束預設方法——編譯器會報錯的。
允許在介面中定義預設方法的理由是很充分的,因為一個介面可能有多個實現類,這些類就必須實現介面中定義的抽象類,否則編譯器就會報錯。假如我們需要在所有的實現類中追加某個具體的方法,在沒有 default
方法的幫助下,我們就必須挨個對實現類進行修改。
來看一下 Electronic 介面反編譯後的位元組碼吧,你會發現,介面中定義的所有變數或者方法,都會自動新增上 public
關鍵字——假如你想知道編譯器在背後都默默做了哪些輔助,記住反編譯位元組碼就對了。
public interface Electronic
{
public abstract int getElectricityUse();
public static boolean isEnergyEfficient(String electtronicType)
{
return electtronicType.equals("LED");
}
public void printDescription()
{
System.out.println("\u7535\u5B50");
}
public static final String LED = "LED";
}
有些讀者可能會問,“二哥,為什麼我反編譯後的位元組碼和你的不一樣,你用了什麼反編譯工具?”其實沒有什麼祕密,微信搜「沉默王二」回覆關鍵字「JAD」就可以免費獲取了,超級好用。
02、定義介面的注意事項
由之前的例子我們就可以得出下面這些結論:
- 介面中允許定義變數
- 介面中允許定義抽象方法
- 介面中允許定義靜態方法(Java 8 之後)
- 介面中允許定義預設方法(Java 8 之後)
除此之外,我們還應該知道:
1)介面不允許直接例項化。
需要定義一個類去實現介面,然後再例項化。
public class Computer implements Electronic {
public static void main(String[] args) {
new Computer();
}
@Override
public int getElectricityUse() {
return 0;
}
}
2)介面可以是空的,既不定義變數,也不定義方法。
public interface Serializable {
}
Serializable 是最典型的一個空的介面,我之前分享過一篇文章《Java Serializable:明明就一個空的介面嘛》,感興趣的讀者可以去我的個人部落格看一看,你就明白了空介面的意義。
http://www.itwanger.com/java/2019/11/14/java-serializable.html
3)不要在定義介面的時候使用 final 關鍵字,否則會報編譯錯誤,因為介面就是為了讓子類實現的,而 final 阻止了這種行為。
4)介面的抽象方法不能是 private、protected 或者 final。
5)介面的變數是隱式 public static final
,所以其值無法改變。
03、介面可以做什麼
1)使某些實現類具有我們想要的功能,比如說,實現了 Cloneable 介面的類具有拷貝的功能,實現了 Comparable 或者 Comparator 的類具有比較功能。
Cloneable 和 Serializable 一樣,都屬於標記型介面,它們內部都是空的。實現了 Cloneable 介面的類可以使用 Object.clone()
方法,否則會丟擲 CloneNotSupportedException。
public class CloneableTest implements Cloneable {
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
CloneableTest c1 = new CloneableTest();
CloneableTest c2 = (CloneableTest) c1.clone();
}
}
執行後沒有報錯。現在把 implements Cloneable
去掉。
public class CloneableTest {
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
CloneableTest c1 = new CloneableTest();
CloneableTest c2 = (CloneableTest) c1.clone();
}
}
執行後丟擲 CloneNotSupportedException:
Exception in thread "main" java.lang.CloneNotSupportedException: com.cmower.baeldung.interface1.CloneableTest
at java.base/java.lang.Object.clone(Native Method)
at com.cmower.baeldung.interface1.CloneableTest.clone(CloneableTest.java:6)
at com.cmower.baeldung.interface1.CloneableTest.main(CloneableTest.java:11)
至於 Comparable 和 Comparator 的用法,感興趣的讀者可以參照我之前寫的另外一篇文章《來吧,一文徹底搞懂Java中的Comparable和Comparator》。
http://www.itwanger.com/java/2020/01/04/java-comparable-comparator.html
2)Java 原則上只支援單一繼承,但通過介面可以實現多重繼承的目的。
可能有些讀者會問,“二哥,為什麼 Java 只支援單一繼承?”簡單來解釋一下。
如果有兩個類共同繼承(extends)一個有特定方法的父類,那麼該方法會被兩個子類重寫。然後,如果你決定同時繼承這兩個子類,那麼在你呼叫該重寫方法時,編譯器不能識別你要呼叫哪個子類的方法。這也正是著名的菱形問題,見下圖。
ClassC 同時繼承了 ClassA 和 ClassB,ClassC 的物件在呼叫 ClassA 和 ClassB 中過載的方法時,就不知道該呼叫 ClassA 的方法,還是 ClassB 的方法。
介面沒有這方面的困擾。來定義兩個介面,Fly 會飛,Run 會跑。
public interface Fly {
void fly();
}
public interface Run {
void run();
}
然後讓一個類同時實現這兩個介面。
public class Pig implements Fly,Run{
@Override
public void fly() {
System.out.println("會飛的豬");
}
@Override
public void run() {
System.out.println("會跑的豬");
}
}
這就在某種形式上達到了多重繼承的目的:現實世界裡,豬的確只會跑,但在雷軍的眼裡,站在風口的豬就會飛,這就需要賦予這隻豬更多的能力,通過抽象類是無法實現的,只能通過介面。
3)實現多型。
什麼是多型呢?通俗的理解,就是同一個事件發生在不同的物件上會產生不同的結果,滑鼠左鍵點選視窗上的 X 號可以關閉視窗,點選超連結卻可以開啟新的網頁。
多型可以通過繼承(extends
)的關係實現,也可以通過介面的形式實現。來看這樣一個例子。
Shape 是表示一個形狀。
public interface Shape {
String name();
}
圓是一個形狀。
public class Circle implements Shape {
@Override
public String name() {
return "圓";
}
}
正方形也是一個形狀。
public class Square implements Shape {
@Override
public String name() {
return "正方形";
}
}
然後來看測試類。
List<Shape> shapes = new ArrayList<>();
Shape circleShape = new Circle();
Shape squareShape = new Square();
shapes.add(circleShape);
shapes.add(squareShape);
for (Shape shape : shapes) {
System.out.println(shape.name());
}
多型的存在 3 個前提:
1、要有繼承關係,Circle 和 Square 都實現了 Shape 介面
2、子類要重寫父類的方法,Circle 和 Square 都重寫了 name()
方法
3、父類引用指向子類物件,circleShape 和 squareShape 的型別都為 Shape,但前者指向的是 Circle 物件,後者指向的是 Square 物件。
然後,我們來看一下測試結果:
圓
正方形
也就意味著,儘管在 for 迴圈中,shape 的型別都為 Shape,但在呼叫 name()
方法的時候,它知道 Circle 物件應該呼叫 Circle 類的 name()
方法,Square 物件應該呼叫 Square 類的 name()
方法。
04、介面與抽象類的區別
好了,關於介面的一切,你應該都搞清楚了。現在回到讀者春夏秋冬的那條留言,“兄弟,說說抽象類和介面之間的區別?”
1)語法層面上
- 介面中不能有 public 和 protected 修飾的方法,抽象類中可以有。
- 介面中的變數只能是隱式的常量,抽象類中可以有任意型別的變數。
- 一個類只能繼承一個抽象類,但卻可以實現多個介面。
2)設計層面上
抽象類是對類的一種抽象,繼承抽象類的類和抽象類本身是一種 is-a
的關係。
介面是對類的某種行為的一種抽象,介面和類之間並沒有很強的關聯關係,所有的類都可以實現 Serializable
介面,從而具有序列化的功能。
就這麼多吧,能說道這份上,我相信面試官就不會為難你了。
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我是沉默王二,一枚有顏值卻靠才華苟且的程式設計師。關注即可提升學習效率,別忘了三連啊,點贊、收藏、留言,我不挑,嘻嘻。