抽象类和接口

1、第1页/共26页,第八章,抽象类和接口,第一单元,第2页/共26页,本章相关学习资源,抽象类和接口专题 阶段练习汽车租赁专题 使用Java实现面向对象编程 第8章 抽象类和接口,学习平台“Java 面向对象”课程,学生用书,第3页/共26页,预习检查,定义抽象类和抽象方法的关键字是什么？ abstract 定义接口的语法是什么？ public interface 接口名 /接口成员 普通方法和抽象方法的区别 普通方法必须要有方法体，抽象方法不能有方法体（大括号也没有）； 抽象方法只能存在于抽象类/接口中，用abstract修饰，访问修饰符不能用private。 抽象类和普通类有什么区别？ 抽象

2、类要用abstract修饰；普通类可以实例化，抽象类不能实例化； 抽象类体现的的是一种模板模式的设计。,提问,第4页/共26页,本章任务,模拟实现“愤怒的小鸟”游戏,第5页/共26页,抽象类的定义和使用,理解接口概念,理解面向对象设计原则,理解抽象类和接口的优势,本章目标,接口的定义和使用,点重,理解抽象类概念,点难,点重,第6页/共26页,讲解：为什么使用抽象方法和抽象类,交通工具,实现父类行驶方 法有意义吗？,每个子类有自己独特的行驶方法,交通工具类（抽象类）,交通工具类,方法：行驶,抽象方法：行驶,问题：3种交通工具，都有自己的行驶方法，如何设计类结构？,第7页/共26页,串讲：对比普通

3、方法和抽象方法,对比普通方法与抽象方法,public void show() System.out.println(hello); ,public abstract void show();,区别 普通方法必须要有方法体（至少包含一对大括号），抽象方法不能有方法体（大括号也没有） 抽象方法要用abstract修饰，访问修饰符不能用private 抽象方法只能存在于抽象类/接口中,抽象方法定义 非private访问修饰符 abstract 返回值类型 方法名(参数列表) ;,第8页/共26页,串讲：对比普通类和抽象类,对比普通类与抽象类,public class Person Person p

4、= new Person();,public abstract class Person Person p = new Person();,区别 抽象类要用abstract修饰 普通类可以实例化，抽象类不能实例化(即不能使用new创建对象) 抽象类通过其子类实例化，而子类需要覆盖掉抽象类中所有的抽象方法后才可以创建对象，否则该子类也是抽象类。,简单的说，抽象类是一个不能实例化的类，它可以具有抽象方法或者普通方法，也可以有构造方法。,代码有没有问题？,第9页/共26页,串讲：抽象类的应用,需求描述 模拟“愤怒的小鸟”游戏中各种鸟的行为,问题,分析 使用抽象类定义鸟类 飞行和叫为抽象类的普通方法

5、攻击为抽象类的抽象方法 在子类中实现攻击方法,演示示例1：抽象类的应用,第10页/共26页,上机练习,需求说明 实现某公司各种岗位（经理、销售人员、普通员工）的员工薪水计算。经理的薪水为基本工资+奖金，销售人员的薪水为基本工资+销售量*每件提成，普通员工只有基本工资； 要求输出不同岗位各一名员工的工资，使用抽象类实现； 分析 定义员工抽象类，具有姓名、基本工资的属性和计算薪水的抽象方法 定义子类：经理类、销售人员类、普通员工类，分别继承员工抽象类，定义各自的属性，重写计算薪水的方法 定义测试类，包含输出员工薪水的静态方法，参数为员工对象（抽象父类的引用指向子类的对象，可以实现多态）,完成时间：

6、20分钟,共性问题集中讲解,练习1,第11页/共26页,串讲：抽象类的优势,抽象类可以将已经实现的方法提供给其子类使用，使代码可以被复用,抽象类中的抽象方法在子类中重写，保证了子类还具有自身的独特性,例如：鸟的飞行和叫的方法，不需在子类重复实现,例如：每个鸟都有自己独特的攻击行为,通过抽象类指向其子类的对象，可以实现多态,串讲：抽象类的体现-模板模式Template,编写一个抽象父类,该父类提供了多个子类的通用方法,并把一个或多个抽象方法留给子类去实现,这就是模板设计模式 抽象类是多个具体子类抽象出来的父类,具有高层次的抽象性; 以抽象类作为子类的模板可以避免子类设计的随意性; 抽象类作为多个

7、子类的通用模板,子类在抽象类的基础上进行扩展,但总体上大致保留抽象父类的行为方式; 模板模式应用的简单规则: 抽象父类可以只定义需要使用的某些方法,其余留给子类去实现; 父类提供的方法只是定义了一个通用算法,其具体实现必须依赖子类的辅助;,第13页/共26页,判断对错 抽象类中只能定义抽象方法。 抽象类中不能定义构造方法。 抽象方法可以同时是静态方法。 抽象类中可以没有抽象方法。 声明抽象类和抽象方法都使用abstract关键字。 抽象类不能实例化。 抽象类中可以有静态方法。,小结,提问,第14页/共26页,串讲：理解接口,USB接口其实并不是我们所看到的这些USB插槽,而是这些插槽所遵循的标

8、准规范;我们所看到的插槽只是根据USB规范设计出来的实例而已; 对于不同类型的USB设备而言,他们各自的USB插口都需要遵循同一个规范,遵守这个规范就可以保证插入USB插槽的设备能与主板正常通信; 对于同一块主板上的多个USB插槽,它们有相同的数据交换方式,相同的实现细节,可看作是同一个类的不同实例;,生活中的接口是指某些企业和组织等制定的一种约定或标准 比如USB接口,第15页/共26页,串讲：理解接口,抽象类是从多个类中抽象出来的模板，若要将这种抽象进行得更彻底，就需要用到一种特殊的“抽象类” 接口； Java中的接口提供的也是一种规范，它规定了一个类必须做什么,而不关心这个类到底怎么做。

9、,public interface 接口名 extends 父接口1,父接口2 /抽象方法 ,语法,public 类名 implements 接口 / 实现接口定义的方法 / 普通方法 ,演示示例2：使用接口描述USB,注意,接口没有构造方法,不能实例化; 接口只能继承接口,不能继承类； 接口里没有普通方法，都是抽象方法，默认修饰符是public abstract； 接口里的字段都是全局常量,默认修饰符是public static final;,一个类如果要实现一个接口，则必须实现该接口定义中的所有方法，否则该类只能定义为抽象类,通常在接口名前加上字母I,用于区分类和接口,同时用static和

10、final修饰的域(即编译器常量)使用大写字母表示，每个单词用下划线隔开,串讲：final关键字,根据上下文环境，final关键字存在着细微的区别，但通常指的是“这是无法改变的”。 final可以修饰类，方法，变量。 final修饰的类不可以被继承。 final修饰的方法不可以被重写。 final修饰的变量是一个常量。只能被赋值一次。 对基本类型，使用fianl，不能改变的是它的数值； 对引用类型，使用fianl，不能改变的是它的引用，而对象本身是可以修改的。一旦一个final引用被初始化指向一个对象，这个引用将不能在指向其他对象； 对于static final修饰的全局常量，必须在声明的同时

11、赋初值；,第17页/共26页,串讲：对比抽象类和接口,对比抽象类与接口,public abstract class Person /抽象方法 /普通方法 ,public interface Person /抽象方法 ,区别 抽象类使用abstract声明，接口使用interface声明 抽象类可以包含属性、抽象方法（必须使用abstract关键字）、普通方法和构造方法，也可以不含抽象方法 接口只能包含抽象方法（无须使用abstract关键字）和常量,接口和抽象类一样，不能实例化,抽象类与接口有什么区别？,提问,第18页/共26页,讲解：认识抽象类的局限性,实现“愤怒的小鸟”游戏中鸟叫的行为,代

12、码冗余，复用度差,第19页/共26页,讲解：使用接口优化程序设计,将鸟叫的行为定义为接口 实现鸟叫接口输出各种具体的鸟叫声 将鸟叫行为作为抽象鸟类的一个属性,能不能用接口来实现鸟叫的行为，从而既避免代码冗余，又不影响扩展性？,问题,分析,演示示例3：使用接口优化程序设计,接口规定了实现类里必须提供的方法，体现了规范和实现的分离，增强了系统的扩展性和可维护性;,第20页/共26页,上机练习,需求说明 电视、风扇、冰箱等各种电器要想工作必须提供电源，使用接口模拟电器获得电源后进行工作 分析 定义电源的接口，具有供电的方法 定义类：电视、风扇和冰箱类，分别实现电源接口 定义测试类，包含电器开始工作的

13、方法，参数为电器对象（接口的引用指向实现类的对象，可以实现多态）,完成时间：20分钟,共性问题集中讲解,练习2,/* 手机工厂 */ class PhoneFactory public static ICellPhone getInstance(String type) ICellPhone p = null; if (samsung.equalsIgnoreCase(type) p = new SAMSUNG(); else if (iphone.equalsIgnoreCase(type) p = new IPhone(); return p; public static void mai

14、n(String args) /ICellPhone p = new SAMSUNG(); ICellPhone p = PhoneFactory.getInstance(samsung); p.sendMsg(); ,串讲：简单工厂模式SimpleFactory,/手机标准 interface ICellPhone void sendMsg(); ,/* 三星手机 */ class SAMSUNG implements ICellPhone public void sendMsg() /* IPhone手机 */ class IPhone implements ICellPhone publ

15、ic void sendMsg() ,屏蔽不同子类实现的差异，提高代码的可扩展性和可维护性,第22页/共26页,串讲：实现多个接口,一个类只能继承一个父类，但能同时实现多个接口。,class 类名 extends 父类名 implements 接口1,接口2, /类的成员 ,语法,一个类可以同时继承类和实现接口，但是extends必须位于implements之前,一个类实现多个接口，必须实现每个接口中的方法，否则只能定义为抽象类,接口可以继承接口吗？如果可以，能继承多个吗？ 接口可以实现接口吗？ 接口可以继承一个或多个接口；接口不能实现接口。,提问,第23页/共26页,串讲：实现多个接口,示例

16、,某人既是软件工程师，又是慈善家，该如何实现？,分析,定义人类作为抽象父类，包含人的基本属性和行为 定义编程接口，拥有编程能力 定义慈善接口，拥有做慈善能力 定义一个子类，继承人类，同时实现编程接口和慈善接口,演示示例4：实现多个接口,第24页/共26页,上机练习,需求说明 在职研究生既要学习，还要工作，使用实现多个接口的方式定义研究生类 分析 定义人类作为抽象父类，包含人的基本属性和行为 定义学习接口，拥有学习能力 定义工作接口，拥有工作能力 定义研究生类，继承人类，同时实现学习接口和工作接口,完成时间：20分钟,共性问题集中讲解,练习3,第25页/共26页,小结：接口,Java中的接口提供

17、了一种规范，规定一个类必须做什么, 使得所有实现该接口的类在形式上都能保持一致； 接口里的成员包括(主要是前两个)： 全局常量 公共的抽象方法 内部类(包括内部类,内部接口,内部枚举类); 接口不能创建实例，但是可以用来声明引用类型变量。 此时，引用类型的变量必须指向其实现类的对象。 例：IStudent s = new StudentImpl();,小结：接口和抽象类,相同点: 都位于继承的顶端,用于被其他类实现或继承; 自身不能实例化，都是依靠对象多态性，通过实现类/子类进行对象实例化； 都可以包含抽象方法，其实现类/子类都必须重写这些抽象方法; 区别: 抽象类中可以含有成员变量，接口中只

18、有全局常量； 抽象类可以含有构造方法,可以为部分方法提供实现，避免子类重复实现这些方法，提高代码的重用性；接口只能包含抽象方法； 一个类只能继承一个直接父类(可以是抽象类)，却可以实现多个接口；(接口弥补了Java单继承的局限) 二者的选用: 优先使用接口，尽量避免使用抽象类; 需要定义子类的行为，又要为子类提供共性功能时才考虑选用抽象类;,串讲：适配器模式Adapter,有一个现成的类/接口，但是它不完全符合你的需求,咋办？ 比如窗体有变大、变小、关闭的行为,但是我现在只需要关闭行为;,interface IWindow void max(); void min(); void close(

19、); ,abstract class WindowAdapter implements IWindow public void max() public void min() public void close() class MyWindow extends WindowAdapter public void close() System.out.print(自己关闭窗口); ,默认适配器模式：在接口和具体实现类之间添加一个抽象类，用抽象类去空实现目标接口的所有方法，具体的实现类只需要覆盖其需要完成的方法即可。,适配器模式的其他用法可参考： ,第28页/共26页,小结：抽象类与接口,第29页

20、/共26页,串讲：面向对象,什么是面向对象 对象是人们要进行研究的任何事物，从最简单的整数到复杂的飞机等均可看作对象。它不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件（回忆：面向对象三大特性？） 对象具有状态，一个对象用数据值来描述它的状态。 对象还有操作，用于改变对象的状态。 对象实现了数据和操作的结合，将数据和操作封装于其中 面向对象（Object Oriented，简称OO）就是将现实世界的事物抽象成对象，现实世界中的关系抽象成类、继承，帮助人们实现现实世界转换成系统模型的一种软件开发方法。,串讲：面向对象,面向对象是相对面向过程而言 面向对象和面向过程都是一种思想 面向过程 强调

21、的是功能行为 面向对象 将功能封装进对象，强调的是具备了功能的对象。 面向对象是基于面向过程的。,串讲：面向对象的特点,是一种符合人们思考习惯的思想 可以将复杂的事情简单化 将程序员从执行者转换成了指挥者 完成需求时： 先要去找具有所需的功能的对象来用。 如果该对象不存在，那么创建一个具有所需功能的对象。 这样简化开发并提高复用。,串讲：面向对象分析、设计、编程,面向对象分析（OOA，Object Oriented Analysis） 其实就是找出对象之间的关系。 UML(Unified Modeling Language，统一建模语言）是面向对象技术领域内占主导地位的标准建模语言 面向对象设

22、计（OOD，Object Oriented Design） 其实就是在管理和维护对象之间的关系。 面向对象编程（OOP，Object Oriented Programming） 其实就是不断的创建对象，使用对象，指挥对象做事情。,第33页/共26页,串讲：面向对象的设计原则,开放封闭原则 Open-Closed Principle,OCP 里氏代换原则 Liskov Substitution Principle,LSP 依赖倒转原则 Dependence Inversion Principle,DIP 合成/聚合复用原则 Composite/Aggregate Reuse Principle,

23、CARP 迪米特法则 Law of Demeter，LoD 接口隔离原则 Interface Segregation Principle,ISP 单一职责原则 Single Responsibility Principle,SRP,面向对象设计的基石,手段和工具,第34页/共26页,串讲：面向对象的设计原则,开放封闭原则（简称开-闭原则） 定义：一个软件实体如类、模块和函数应该先用抽象构建框架，再用实现扩展细节。即对扩展开放，对修改关闭。 问题由来：在软件的生命周期内，因为变化、升级和维护等原因需要对软件原有代码进行修改时，可能会给旧代码中引入错误，也可能会使我们不得不对整个功能进行重构，并且

24、需要重新测试原有代码。 解决方案：当软件需要变化时，尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现变化。 在面向对象编程中，通过抽象类及接口，规定了具体类的特征作为抽象层，相对稳定，不需更改，从而满足“对修改关闭”；而从抽象类导出的具体类可以改变系统的行为，从而满足“对扩展开放”。,第35页/共26页,串讲：面向对象的设计原则,里氏代换原则（亦称里氏替换） 定义：所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。 问题由来：有一功能P1，由类A完成。现需要将功能P1进行扩展，扩展后的功能为P，其中P由原有功能P1与新功能P2组成。新功能P由类A的子类B来完成，则子类B在完成

25、新功能P2的同时，有可能会导致原有功能P1发生故障。 解决方案：类B继承类A时，除添加新的方法完成新增功能P2外，尽量不要重写父类A的方法，也尽量不要重载父类A的方法。 里氏替换原则通俗的来讲就是：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。它包含以下3层含义： 子类可以重写父类的抽象方法，但不能重写父类的非抽象方法。 子类中可以增加自己特有的方法。 当子类的方法实现父类的抽象方法时，方法的返回值类型要比父类更严格。,第36页/共26页,串讲：面向对象的设计原则,依赖倒转原则(亦称依赖倒置) 定义：高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象；抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。即

26、针对接口编程，不依赖于具体实现。 问题由来：类A直接依赖类B，假如要将类A改为依赖类C，则必须通过修改类A的代码来达成。这种场景下，类A一般是高层模块，负责复杂的业务逻辑；类B和类C是低层模块，负责基本的原子操作；假如修改类A，会给程序带来不必要的风险。 解决方案：将类A修改为依赖接口I，类B和类C各自实现接口I，类A通过接口I间接与类B或者类C发生联系，则会大大降低修改类A的几率。 在实际编程中，我们一般需要做到如下3点： 底层模块尽量都要有抽象类或接口，或者两者都有。 变量的声明类型尽量是抽象类或接口。 使用继承时遵循里氏替换原则。,第37页/共26页,串讲：面向对象的设计原则,合成/聚合

27、复用原则 定义：在一个新的对象里面使用一些已有的对象，使之成为新对象的一部分；新的对象通过向这些对象的委派达到复用这些对象的目的。 问题由来：为了代码复用而滥用继承会增加系统构建、维护时的难度及系统的复杂度。 解决方案：如果两个类是“Has-a”关系应使用合成、聚合，如果是“Is-a”关系可使用继承。“Is-A”是严格的分类学意义上定义，意思是一个类是另一个类的“一种”。而“Has-A”则不同，它表示某一个角色具有某一项功能或组成部分。 聚合（Aggregation）表示整体和部分的关系，表示“拥有”。如奥迪A6汽车，对奥迪A6引擎、奥迪A6轮胎的关系是聚合关系，离开了奥迪A6汽车，引擎、轮胎

28、也可以单独存在。 合成（Composition）则是一种更强的“拥有”，部分和整体的生命周期一样。合成的新的对象完全支配其组成部分，包括它们的创建和湮灭等。比如人和人的大脑。,第38页/共26页,串讲：面向对象的设计原则,迪米特法则（亦称最少知识原则，Least Knowledge Principle，LKP） 定义：一个对象应该对其他对象保持最少的了解。也就是说，陌生的类最好不要作为局部变量的形式出现在类的内部。 问题由来：类与类之间的关系越密切，耦合度越大，当一个类发生改变时，对另一个类的影响也越大。 解决方案：尽量降低类与类之间的耦合。 可以通俗的理解为不跟“陌生人”说话，只与直接的朋友

29、通信。 每个对象都会与其他对象有耦合关系，只要两个对象之间有耦合关系（依赖、关联、组合、聚合等），我们就说这两个对象之间是朋友关系。 其中，我们称出现成员变量、方法参数、方法返回值中的类为直接的朋友，而出现在局部变量中的类则不是直接的朋友。 迪米特法则在运用到系统设计中应注意以下几点： 每个类都应当尽量良好封装。 一个类对其它类的引用应该降到最低，尽量避免在局部变量中引入陌生类。,第39页/共26页,串讲：面向对象的设计原则,接口隔离原则 定义：客户端不应该依赖它不需要的接口；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。 问题由来：类A通过接口I依赖类B，类C通过接口I依赖类D，如果接口I对

30、于类A和类B来说不是最小接口，则类B和类D必须去实现他们不需要的方法。 解决方案：将臃肿的接口I拆分为独立的几个接口，类A和类C分别与他们需要的接口建立依赖关系。 采用接口隔离原则对接口进行约束时，要注意以下几点： 接口尽量小，但是要有限度。对接口进行细化可以提高程序设计灵活性是不争的事实，但是如果过小，则会造成接口数量过多，使设计复杂化。 为依赖接口的类定制服务，只暴露给调用的类它需要的方法，它不需要的方法则隐藏起来。只有专注地为一个模块提供定制服务，才能建立最小的依赖关系。 提高内聚，减少对外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。,第40页/共26页,串讲：面向对象的设计原则,单一职责原则 定义：不要存在多于一个导致类变更的原因