抽象类、接口和内部类

作者：坛子

1.1. 使用抽象类

1.1.1. 抽象方法和抽象类

由abstract修饰的方法为抽象方法，抽象方法即只有方法的定义，没有方法体实现，用一个分号结尾。即方法五要素中，抽象方法缺少了一要素（即：方法体）。也可以将抽象方法理解为不完整的方法。

若将抽象方法包含在类中，则该类也应该为抽象的，可以理解为，该类也不完整。抽象类由abstract关键字声明。

抽象类是不能实例化对象的，而一个类不能实例化是没有意义的，所以，需要定义类来继承抽象类，而如果一个类继承了抽象类，则其必须重写其抽象方法（变不完整为完整），除非该类也声明为抽象类。看下面的代码，定义了抽象方法和抽象类：

<span style="background-color: rgb(255, 255, 255);">abstract class Shape {
private double c;
public Shape(double c) {
this.c = c;
}
public abstract double area();
} </span>

[/code]

通过上面的代码可以看到，area()方法没有方法体（连大括号也不存在），由abstract修饰，此为抽象方法。而Shape方法也由abstract修饰，即为抽象类。

1.1.2. 抽象类不可以实例化

抽象类不可以实例化，若Shape是抽象类的话，下面的代码是错误的：

<span style="background-color: rgb(255, 255, 255);">    Shape s1 = new Shape();</span>

[/code]

即使一个类中没有抽象方法，也可以将其定义为抽象类，同样，该类不可以实例化。

需要注意一点：abstract和final关键字不可以同时用于修饰一个类，因为final关键字使得类不可继承，而abstract修饰的类如果不可以继承将没有任何意义。两者放在一起，会起冲突。

1.1.3. 继承抽象类

一个类继承抽象类后，必须实现其抽象方法，不同的子类可以有不同的实现。看下面的代码，Square类与Circle类都继承自Shape类，并分别实现了重写的area()方法，只是其具体实现的代码不同：

class Square extends Shape {
private double c;
public Square(double c) {
super(c);
}
public double area() {
return 0.0625*c*c;
}
}
class Circle extends Shape{
private double c;
public Circle(double c) {
super(c);
}
public double area() {
return 0.0796*c*c;
}
}

1.1.4. 抽象类的意义

定义抽象类的意义在于：

为其子类提供一个公共的类型（父类引用指向子类对象）；
封装子类中的重复内容（成员变量和方法）;
定义有抽象方法，子类虽然有不同的实现，但该方法的定义是一致的。(子类需要实现此抽象方法)。

看如下的代码：

Shape[] sArr = {new Circle(100),  new Square(100),
new Circle(200), new Square(150) };
for(int i=0; i<sArr.length; i++) {
Shape shape = sArr[i];
System.out.println(shape.area());
}

通过上面的代码可以看出，以Shape类型的引用访问其子类，所有子类都会有area方法，只是其具体的实现各不一样。

1.2. 使用接口

1.2.1. 定义一个接口

接口可以看成是特殊的抽象类。即只包含抽象方法和常量的抽象类。可以通过interface关键字来定义接口。看如下代码：

interface Runner {
public static int DEFAULT_SPEED = 100
public void run();
}

注意，run()方法，此处可以省略public abstract。因其默认就是public abstract的。

1.2.2. 实现接口

与继承不同，一个类可以实现多个接口，实现的接口直接用逗号分隔。当然，该类需要实现这些接口中定义的所有方法；

一个类可以通过implements关键字”实现”接口。一个类实现了某个接口后必须实现该接口中定义的所有方法。看下面的代码，类实现了接口并实现了方法：

class AmericanCurl implements Runner , … {
public void run() {
System.out.println("run...");
}
}

另外需要说明的一点，接口可以作为一种类型声明变量，一个接口类型的变量可以引用实现了该接口的类的对象；通过该变量可以调用该接口中定义的方法（具体的实现类提供了方法的实现）。代码如下所示：

Runner runner = new AmericanCurl();

此句代码为，一个接口类型变量，引用了子类的对象。调用时，调用的是子类对象的具体的实现。

1.2.3. 接口的继承

接口间可以存在继承关系，一个接口可以通过extends关键字继承另外一个接口。子接口继承了父接口中定义的所有方法。代码如下所示：

interface Runner {
public void run();
}
interface Hunter  extends Runner {
public void hunt();
}
class AmericanCurl implements Hunter {
public void run() {… … …}
public void hunt() {… … …}
}

说明：AmericanCurl实现了Hunter，必须实现Hunter接口中的hunt方法以及其父接口Runner中的run方法。

1.2.4. 接口和抽象类的区别

图 -1

从图1中可以看出，达内职员类为抽象类，企业技术顾问、技术图书作者为两个接口。达内讲师类继承了抽象类达内职员，并实现了企业技术顾问和技术图书作者两个接口。而达内项目经理只继承了抽象类达内职员。通过分析，可以总结出如下几点抽象类和接口的区别：

一个类只能继承一个抽象类，但可以实现多个接口。
抽象类中可以包含抽象方法和非抽象方法，而接口中的所有方法均为抽象的。
子类继承抽象类必须实现抽象类中所有抽象方法，否则子类也必须是抽象类。而子类实现接口则必须实现接口中的所有抽象方法。

2. 抽象类、接口和内部类（下）

1.1. 多态

1.1.1. 多态的意义

前面所讲解的现象就是多态，多态即多种形态，主要有两个方面的表现。

首先，一个类型的引用在指向不同的对象时会有不同的实现，看如下的代码：

达内职员 emp1 = new 达内讲师();
达内职员 emp2 = new 达内项目经理();
emp1.完成工作();
emp2.完成工作();

同样是达内职员类型，当指向不同的对象时，可以有不同的表现。

其次，同样一个对象，造型成不同的类型时，会有不同的功能，看如下代码所示：

达内讲师 teacher = new 达内讲师();
企业技术顾问 consultant = teacher;
技术图书作者 author = teacher;
consultant.培训员工();
author.编辑稿件();

通过上面的代码，可以看出，同样的达内讲师对象，当将其造型为企业技术顾问及技术图书作者时，可以实现不同的功能。

1.1.2. 向上造型

在前面的课程中，介绍了一个现象，父类的引用指向子类的对象。这个现象就是下面要给大家介绍的现象，叫做向上造型。

一个类的对象可以向上造型的类型有：父类的类型及其实现的接口类型。当发生向上造型时，Java编译器会根据类型检查调用方法是否匹配。看如下的图 -1：



图 -1
实际应用中，可以使用如下的代码进行操作：

达内讲师 teacher = new 达内讲师();
达内职员 emp = teacher;
企业技术顾问 consultant = teacher;
技术图书作者 author = teacher;

emp.上班打卡();
emp.完成工作();
consultant.培训员工();
author.编辑稿件();

1.1.3. 强制转型

在实际应用中，还可以通过强制转换将父类型变量转换为子类型变量，前提是该变量指向的对象确实是该子类类型。也可通过强制转换将变量转换为某种接口类型，前提是该变量指向的对象确实实现了该接口。如果在强制转换过程中出现违背上述两个前提，将会抛出ClassCastException。看如下代码所示：

达内职员 emp1 = new 达内讲师();
达内讲师 teacher = (达内讲师) emp1;
技术图书作者 author = (技术图书作者) emp1;
达内项目经理 pm = (达内项目经理) emp1;

分析如下代码，声明达内职员类型emp1指向子类达内讲师对象，而后将emp1强制转换为达内讲师类，完全没有问题，而后将emp1再转换为技术图书作者类型，因为emp1实现了技术图书作者接口，所以转换也没有问题。但是最后一句，将emp1强制转换为达内项目经理，则会出现错误，抛出ClassCastException异常，意为，类型转换异常。因为emp1与达内项目经理没有父子关系及实现关系。

1.1.4. instanceof关键字

在强制转型中，为了避免出现ClassCastException，可以通过instanceof关键字判断某个引用指向的对象是否为指定类型。看如下代码所示:

达内职员 emp1 = new 达内讲师();
System.out.println(emp1 instanceof 达内讲师); // true
System.out.println(emp1 instanceof 技术图书作者); // true
System.out.println(emp1 instanceof 达内项目经理); // false
达内项目经理 pm = null;
if (emp1 instanceof 达内项目经理) {
pm = (达内项目经理) emp1;
}

分析如上代码，可以看出，因为emp1指向的为达内讲师，所以判断emp1是否是达内讲师类，返回结果为true，而达内讲师类又实现了技术图书作者接口，所以判断emp1是否为技术图书作者，返回结果也为御前。当想将emp1转换为达内项目经理时，先通过instanceof关键字判断，而后再转型。这样则可以避免发生ClassCastException，因为只要instanceof为true，则强制转换一定成功。

1.2. 内部类

1.2.1. 定义成员内部类

一个类可以定义在另外一个类的内部，定义在类内部的类称之为Inner，其所在的类称之为Outer；Inter定义在Outer的内部，通常只服务于Outer，对外不具备可见性，Inter可以直接调用Outer的成员及方法（包括私有的）。看如下代码：

class Outer{
private int time;
class Inner{
public void timeInc(){
time++;
}
}
}

[/code]

从上面的代码可以看出，在Outer类之中声明了Inner类，在Inner类中直接操作了Outer类的私有成员变量time。

1.2.2. 创建内部类对象

一般情况下，Inner对象会在Outer对象中创建（构造方法或其他方法）;Inner对象中会有一个隐式的引用指向创建它的Outer类对象。看如下代码所示：

class Outer {
private int time;
private Inner inner;

Outer(int time) {
this.time = time;
inner = new Inner();
inner.timeInc();
}
public void printTime() {
System.out.println(time);
}
class Inner {
public void timeInc() {
time++;
}
}
}

[/code]

在main方法中，声明如下代码：

Outer outer = new Outer(100);
outer.printTime();

[/code]

上面代码的输出结果为：101。在Outer构造方法中创建的Inner对象会有一个隐式的引用指向创建它的Outer对象，调用Inner对象的timeInc方法，即会对Outer的time属性进行操作。

1.2.3. 定义匿名内部类

如果在一段程序中需要创建一个类的对象（通常这个类需要实现某个接口或者继承某个类），而且对象创建后，这个类的价值也就不存在了，这个类可以不必命名，称之为匿名内部类。看下面的代码：

SuperType obj = new SuperType (…) {
… … …
};

[/code]

其中，第一个SuperType为用匿名类所实现的接口或所继承的父类类型声明的引用；第二个SuperType为匿名类所要实现的接口或继承的父类；小括号（）中为构造方法参数；大括号中为匿名中定义的成员变量或方法。

请参见下面的代码：

public interface Action {    	public void execute();
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Action action = new Action(){
public void execute() {
System.out.println("Hello, World");
}
};
action.execute();
}
}

[/code]

如上的代码中，创建了实现了Action接口的内部匿名类对象，并调用其execute方法。