Java编程思想 第九章 接口

第九章 接口

抽象类和抽象方法

抽象：从具体事物抽出、概括出它们共同的方面、本质属性与关系等，而将个别的、非本质的方面、属性与关系舍弃，这种思维过程，称为抽象。

这句话概括了抽象的概念，而在Java中，你可以只给出方法的定义不去实现方法的具体事物，由子类去根据具体需求来具体实现。

抽象类除了包含抽象方法外，还可以包含具体的变量和具体的方法。类即使不包含抽象方法，也可以被声明为抽象类，防止被实例化。

抽象类不能被实例化，也就是不能使用new关键字来得到一个抽象类的实例，抽象方法必须在子类中被实现。

抽象类总结规定：

1. 抽象类不能被实例化，如果被实例化，就会报错，编译无法通过。只有抽象类的非抽象子类可以创建对象。
2. 抽象类中不一定包含抽象方法，但是有抽象方法的类必定是抽象类。
3. 抽象类中的抽象方法只是声明，不包含方法体，就是不给出方法的具体实现也就是方法的具体功能。
4. 构造方法，类方法（用 static 修饰的方法）不能声明为抽象方法。
5. 抽象类的子类必须给出抽象类中的抽象方法的具体实现，除非该子类也是抽象类。

接口

interface关键字使得抽象的概念更加向前迈进了一步，abstract关键字允许人们在类中创建一个或多个没有任何定义的方法---提供了接口部分。但是没有提供任何相应的具体实现，这些实现是由此类的继承者实现的。

在抽象类中，可以包含一个或多个抽象方法；但在接口(interface)中，所有的方法必须都是抽象的，不能有方法体，它比抽象类更加“抽象”。

接口使用 interface 关键字来声明，可以看做是一种特殊的抽象类，可以指定一个类必须做什么，而不是规定它如何去做。

与抽象类相比，接口有其自身的一些特性：

• 接口中只能定义抽象方法，这些方法默认为 public abstract 的，因而在声明方法时可以省略这些修饰符。试图在接口中定义实例变量、非抽象的实例方法及静态方法，都是非法的
• 接口中没有构造方法，不能被实例化
• 一个接口不实现另一个接口，但可以继承多个其他接口。接口的多继承特点弥补了类的单继承

接口与抽象类的区别：

接口作为系统和外界交互的窗口，接口体现的是一种规范。对于接口的实现者而言，接口规定了实现者必须向外提供哪些服务（以方法的形式来提供）；对于接口的调用者而言，接口规定了调用者可以调用哪些服务，以及如何调用这些服务（就是如何来调用方法）。当在一个程序中使用接口时，接口是多个模块间的耦合标准；当在多个应用程序之间使用接口时，接口是多个程序之间的通信标准。

从某种角度上来看，接口类似于整个系统的“总纲”，它制定了系统各模块之间应该遵循的标准，因此一个系统中的接口不应该经常改变。一旦接口改变，对整个系统而言甚至其他系统的影响将是辐射式的，导致系统中的大部分类都需要改写。所以，在一般的应用里，最顶级的是接口，然后是抽象类实现接口，最后才到具体类实现。

抽象类则不一样，抽象类作为系统中多个子类的共同父类，它所体现的是模板式设计。抽象类作为多个子类的的抽象父类，可以被当成系统实现过程中的中间产品，这个产品已经实现了系统的部分功能（那些在抽象类中已经提供实现的方法），但这个产品依然不能当成最终产品，必须有更进一步的完善。

除此之外，接口和抽象类在用法上也存在如下区别：

• 接口里只能包含抽象方法，抽象类则可以包含普通方法。

• 接口里不能定义静态方法，抽象类里可以定义静态方法。

• 接口里不包含构造器，抽象类可以包含构造器。抽象类里的构造器并不是用于创建对象，而是让其子类调用这些构造器来完成属于抽象类的初始化操作。

• 接口里不能包含初始化块，但抽象类可以包含初始化块。

• 接口里只能定义静态常量，抽象类既可以定义普通变量，也可以定义静态常量。

• 接口可以可以继承多个接口，类只能继承一个类。

• 抽象类主要是用来抽象类别，接口主要是用来抽象方法功能。当关注事物的本质时，使用抽象类，当关注一种操作时，使用接口。

Java中的多重继承

接口不仅仅是一种更加纯粹的抽象类，它的目标比这更高。因为接口中根本没有任何具体实现，所以没有任何与接口相关的存储，因此也就无法阻止多个接口的组合。在C++中，组合多个类的接口的行为叫做多重继承，但这可能会带来很多副作用，因为每个类都有一个具体实现。在Java中，可以执行一样的行为，但是只有一个类可以有具体实现，所以通过组合多个接口，C++的问题不会在Java中发生。

表达这样一个意思：“ x 从属于 a，也从属于 b，也从属于 c ”

使用接口的核心原因：

1).为了能够向上转型为多个基类型(以及由此带来的灵活性)；

2).防止客户端程序员创建该类的对象，并确保这仅仅是建立一个接口(这与使用抽象基类原因相同)

这带来的一个问题是，应该使用接口还是抽象类？

如果要创建不带任何方法定义和成员变量的基类，那么就应该选择接口而不是抽象类。事实上，若知道某事物应该成为一个基类，那么第一选择应该是接口。

通过继承来扩展接口

组合接口时的名字冲突

在实现多重继承时，会碰到一个小陷阱，在前面的例子中，CanFight和ActionCharacter都有一个相同的void fight()方法。问题不是它们方法相同，问题是，如果它们的签名(参数)或返回类型不同，会怎么样呢？

//: interfaces/InterfaceCollision.java
package object;

interface I1 { void f(); }
interface I2 { int f(int i); }
interface I3 { int f(); }
class C { public int f() { return 1; } }

class C2 implements I1, I2 {
  public void f() {}
  public int f(int i) { return 1; } // overloaded
}

class C3 extends C implements I2 {
  public int f(int i) { return 1; } // overloaded
}

class C4 extends C implements I3 {
  // Identical, no problem:
  public int f() { return 1; }
}

// Methods differ only by return type:
//!class C5 extends C implements I1 {}            --23
//! interface I4 extends I1, I3 {} ///:~          --24      I1, I3中f()返回值类型不一致

//class C5 extends C  implements I1{  //实现的方法和积累方法命名相同，但方法的返回值不一样。
//    int f(){
//        return 0;
//    }
//}
//
//interface I4 extends I1 , I3{  //重写的方法名相同，但是返回值不同。
//
//    @Override
//    void f();
//}

因为他们的方法名都相同，但是返回值不同，并不能实现方法重载。所以不能实现多重继承和组合接口。

适配接口

接口最吸引人的原因之一就是允许同一个接口具有多种不同的实现。

接口最常见的用法就是使用策略设计模式。此时你编写一个执行某些操作的方法，而该方法将接受一个你指定的接口。你主要就是声明：“ 你可以用任何你想要的对象来调用我的方法，只要你的对象遵循我的接口。”

比如Java SE5的Scanner类，它的构造器接收的是一个Readable接口。

public Scanner(Readable source) {
    this(Objects.requireNonNull(source, "source"), WHITESPACE_PATTERN);
}

// Readable 是一个字符源。read方法的调用方能够通过 CharBuffer 使用 Readable 中的字符。
public interface Readable {
    // 将输入内容添加到CharBuffer参数中。
    public int read(java.nio.CharBuffer cb) throws IOException;
}

example1 : 实现Readable接口。

import java.io.IOException;
import java.nio.CharBuffer;
import java.util.Random;
import java.util.Scanner;

public class RandomWords implements Readable {

	private int count;

	public RandomWords(int count) {
		this.count = count;
	}

	private static Random random = new Random(47);
	private static final char[] capitals = "ABCDEFTHIGKLMNOPQRSTUVWXYZ".toCharArray();
	private static final char[] lowers = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz".toCharArray();
	private static final char[] vowerls = "aeiou".toCharArray();

	@Override
	public int read(CharBuffer cb) throws IOException {
		if (count-- == 0) {
			return -1;
		}
		cb.append(capitals[random.nextInt(capitals.length)]);

		for (int i = 0; i < 4; i++) {
			cb.append(vowerls[random.nextInt(vowerls.length)]);
			cb.append(lowers[random.nextInt(lowers.length)]);
		}
		cb.append(" ");
		return 10;
	}

	public static void main(String[] args) {
		@SuppressWarnings("resource")
		Scanner scanner = new Scanner(new RandomWords(10));
		while (scanner.hasNext()) {
			System.out.println(scanner.next());
		}
	}
}
/*output:
Yazeruyac
Fowenucor
Toeazimom
Raeuuacio
Nuoadesiw
Hageaikux
Ruqicibui
Numasetih
Kuuuuozog
Waqizeyoy
*/

example2 ： 未实现Readable的类，就可以使用适配器+代理的方式

class RandomDoubles{
    private static Random rand =new Random(47);
    public double next(){
        return rand.nextDouble();
    }
}

// ---------------------------------------------------

import java.io.IOException;
import java.nio.CharBuffer;
import java.util.Random;
import java.util.Scanner;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner s=new Scanner(new AdaptedRandomDoubles(7));
        while(s.hasNext()){
            System.out.println(s.next());
        }
    }
}
class AdaptedRandomDoubles extends RandomDoubles implements Readable {
    private int count;
    public AdaptedRandomDoubles(int count){
        this.count=count;
    }
    public int read(CharBuffer cb) throws IOException {
        if(count--==0){
            return -1;
        }
        String result=Double.toString(this.next());
        cb.append(result);
        return result.length();
    }

}

接口中的域

实例变量都是static final

嵌套接口

在类中嵌套接口的语法是相当显而易见的，就像非嵌套接口一样，可以拥有public和“包访问”两种可视性。

1.类中的接口

class A {
    interface B {
        void f();
    }

    public class BImp implements B {
        public void f() {
        }
    }

    private class BImp2 implements B {
        public void f() {
        }
    }

    public interface C {
        void f();
    }

    class CImp implements C {
        public void f() {
        }
    }

    private class CImp2 implements C {
        public void f() {
        }
    }

    private interface D {
        void f();
    }

    private class DImp implements D {
        public void f() {
        }
    }

    public class DImpl2 implements D {
        public void f() {
        }
    }

    public D getD() {
        return new DImpl2();
    }

    private D dRef;

    public void receive(D d) {
        dRef = d;
        dRef.f();
    }
}

interface E {
    interface G {
        void f();
    }

    //Redundant "public"
    public interface H {
        void f();
    }

    void g();
    //cannot be private within an interface
}

public class NestingInterface {
    public class BImpl implements A.B {
        public void f() {
        }
    }

    class CImpl implements A.C {
        public void f() {
        }
    }

    // cannot implement a private interface
    // class DImpl implements A.D {
    //     public void f() {
    //    }
    // }

    class EImpl implements E {
        public void g() {
        }
    }

    class EImpl2 implements E.G {
        public void f() {
        }

        class EG implements E.G {
            public void f() {
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        A a2 = new A();
        //Can't access A.D:   不能访问私有接口A.D
        //! A.D ad = a.getD();
        //Doesn't return anything but A.D:  除了私有接口A.D,不能返回任何东西
        //! A.DImp2 di2 = a.getD();   //返回回来的私有接口A.D, 不能向下转型为A.DImp2
        //Cannot access a member of the interface:  不能访问私有接口A.D中的成员
        //! a.getD().f();
        //Only another A can do anything with getD():  只有另一个A才能使用getD()做任何事
        a2.receive(a.getD());
    }
}

• A.DImp2只能被其自身所使用。你无法说它实现了一个private接口D，因此，实现一个private接口只是一种方式，它可以强制该接口中的方法定义不要添加任何类型信息（也就是说，不允许向上转型），即A.DImp2不能转型为 private接口D;
• 接口也可以被实现为private的，就像在A.D中看到的那样; private接口不能在定义它的类之外被实现
• 将返回值交给有权使用它的对象。在本例中，是另一个A通过receiveD()方法来实现的;
• 嵌套在另一个接口中的接口自动是public的，而不能声明为private的;

2.接口中的接口

interface E{
    // 只能是默认或者public
    interface G {
        //默认为public
        void f();
    }

    // Cannot be private within an interface:
    //! private interface I {}

}
class t2 implements E.G{
    public void f() {
    }
}

接口与工厂

接口时实现多重继承的途径，而生成遵循某个接口的对象的典型方式就是工厂方法设计模式

通过工厂方法，接口和实现完全分离，可以非常方便的更改实现。

interface Service // Service接口，可以有多种实现
{
   void method1();
   void method2();
}

interface ServiceFactory // 工厂接口，可以由多种实现
{
   Service getService();
}

class Implementation1 implements Service {  //Service接口的实现1
   public Implementation1() {  }
   public void method1() {
      System.out.println("Implementation1 method1");
   }
   public void method2() {
      System.out.println("Implementation1 method2");
   }
}

class Implementation1Factory implements ServiceFactory{ //生成对象1的工厂1
   public Service getService() {
      return new Implementation1();
   }
}

class Implementation2 implements Service {  // Service接口的实现2
   public Implementation2() {  }
   public void method1() {
      System.out.println("Implementation2 method1");
   }
   public void method2() {
      System.out.println("Implementation2 method2");
   }
}

class Implementation2Factory implements ServiceFactory{//生成对象2的工厂2
   public Service getService() {
      return new Implementation1();
   }
}

public class Factories { //使用service的模块
   public static void serviceConsumer(ServiceFactory fact) {
      Service s = fact.getService(); //向上造型，工厂将生成某类实现接口的对象
      s.method1();
      s.method2();
   }
   public static void main(String[] args) {
      serviceConsumer(new Implementation1Factory());
      //serviceConsumer(new Implementation2Factory());很方便就可以更改实现
   }
}

/*output:
Implementation1 method1
Implementation1 method2
Implementation2 method1
Implementation2 method2
*/

匿名内部类改进

interface Service {
    void method1();

    void method2();
}

interface ServiceFactory {
    Service getService();
}

class Implementation1 implements Service {
    private Implementation1() {
    }

    public void method1() {
        System.out.println("Implementation1 method1");
    }

    public void method2() {
        System.out.println("Implementation1 method2");
    }

    public static ServiceFactory factory = new ServiceFactory() {
        public Service getService() {
            return new Implementation1();
        }
    };
}

class Implementation2 implements Service {
    private Implementation2() {
    }

    public void method1() {
        System.out.println("Implementation1 method1");
    }

    public void method2() {
        System.out.println("Implementation1 method2");
    }

    public static ServiceFactory factory = new ServiceFactory() {
        public Service getService() {
            return new Implementation2();
        }
    };
}

public class Factories {
    public static void serviceConsumer(ServiceFactory fact) {
        Service s = fact.getService();
        s.method1();
        s.method2();
    }

    public static void main(String[] args) {
        serviceConsumer(Implementation1.factory);
        serviceConsumer(Implementation2.factory);
    }
}

总结

优先选择类而不是接口。从类开始，如果接口的必需性变得非常明确，那么就进行重构。