您现在的位置：程式碼之家 >> 編程語言 > >> Java 程式設計 >> Java 相關知識

Java 介面與抽象類別深度解析

編輯：Java 相關知識

Java 介面與抽象類別深度解析。本站提醒廣大學習愛好者：此文章僅供參考，不一定能完全符合您的需求。以下是完整分析正文

本文範例說明 Java 的介面與抽象類別。分享給大家供參考。詳細分析如下：

對於物件導向程式設計來說，抽象是其主要特點之一。在 Java 中，可以透過兩種形式來體現 OOP 的抽象：介面和抽象類別。這兩者有許多相似之處，也有許多不同之處。許多初學者會認為它們可以隨意互換使用，但實際上並非如此。今天我們就一起來學習一下 Java 中的介面和抽象類別。

如有不正確之處，請多包涵並歡迎批評指正，不勝感激。

一、抽象類別

在理解抽象類別之前，先來了解一下抽象方法。抽象方法是一種特殊的方法：它只有宣告，而沒有具體的實作。抽象方法的宣告格式為：

abstract void fun();

抽象方法必須用 abstract 關鍵字修飾。如果一個類別包含抽象方法，則稱為抽象類別，抽象類別必須在類別前用 abstract 關鍵字修飾。因為抽象類別中包含沒有具體實作的方法，所以無法用抽象類別建立物件。

這裡要注意一個問題：在《Java 程式設計思維》一書中，將抽象類別定義為「包含抽象方法的類別」，但發現如果一個類別不包含抽象方法，只是用 abstract 修飾的話也是抽象類別。也就是說抽象類別不一定必須包含抽象方法。個人認為這屬於鑽牛角尖的問題，因為如果一個抽象類別不包含任何抽象方法，為什麼還要設計為抽象類別？所以暫且記住這個概念，不用深究。

[public] abstract class ClassName {
    abstract void fun();
}

從這裡可以看出，抽象類別就是為了繼承而存在的。如果你定義了一個抽象類別，卻不去繼承它，那就等於白白建立了這個抽象類別，因為你無法用它來做任何事情。對於一個父類別，如果它的某個方法在父類別中實作出來沒有任何意義，必須根據子類別的實際需求來進行不同的實作，那麼就可以將這個方法宣告為 abstract 方法，此時這個類別也就變成 abstract 類別了。

包含抽象方法的類別稱為抽象類別，但並不意味著抽象類別中只能有抽象方法，它和普通類別一樣，同樣可以擁有成員變數和普通的成員方法。注意，抽象類別和普通類別的主要有三點不同：

抽象方法必須為 public 或 protected（因為如果為 private，則無法被子類別繼承，子類別就無法實作該方法），預設情況下默認為 public。
抽象類別無法用來建立物件；
如果一個類別繼承於一個抽象類別，則子類別必須實作父類別的抽象方法。如果子類別沒有實作父類別的抽象方法，則必須將子類別也定義為 abstract 類別。

在其他方面，抽象類別和普通的類別並沒有區別。

二、介面

介面，英文稱為 interface，在軟體工程中，介面泛指供他人呼叫的方法或函數。從這裡，我們可以理解到 Java 語言設計者的初衷，它是對行為的抽象。在 Java 中，定義一個介面的形式如下：

[public] interface InterfaceName { }

介面中可以包含變數和方法。但要注意，介面中的變數會被隱式地指定為 public static final 變數（而且只能是 public static final 變數，用 private 修飾會報編譯錯誤），而方法會被隱式地指定為 public abstract 方法且只能是 public abstract 方法（用其他關鍵字，如 private、protected、static、final 等修飾會報編譯錯誤），而且介面中所有的方法不能有具體的實作，也就是說，介面中的方法必須都是抽象方法。從這裡可以模糊看出介面和抽象類別的區別，介面是一種極端抽象的類型，它比抽象類別更「抽象」，而且一般情況下不在介面中定義變數。

要讓一個類別遵守某組特定的介面須要使用 implements 關鍵字，具體形式如下：

class ClassName implements Interface1, Interface2, [...] { }

可以看出，允許一個類別實作多個特定的介面。如果一個非抽象類別實作了某個介面，就必須實作該介面中的所有方法。對於實作某個介面的抽象類別，可以不實作該介面中的抽象方法。

三、抽象類別和介面的區別

1. 語法層面上的區別

抽象類別可以提供成員方法的實作細節，而介面中只能存在 public abstract 方法；
抽象類別中的成員變數可以是各種類型的，而介面中的成員變數只能是 public static final 類型的；
介面中不能包含靜態程式碼塊和靜態方法，而抽象類別可以有靜態程式碼塊和靜態方法；
一個類別只能繼承一個抽象類別，而一個類別卻可以實作多個介面。

2. 設計層面上的區別

抽象類別是對一種事物的抽象，即對類抽象，而介面是對行為的抽象。抽象類別是對整個類別整體進行抽象，包含屬性、行為，但介面卻是對類別局部（行為）進行抽象。舉個簡單的例子，飛機和鳥是不同類的事物，但它們都有一個共性，就是都會飛。那麼在設計時，可以將飛機設計為一個類別 Airplane，將鳥設計為一個類別 Bird，但不能將「飛行」這個特徵也設計為類別，因為它只是一個行為特徵，並不是對一類事物的抽象描述。此時可以將「飛行」設計為一個介面 Fly，包含方法 fly()，然後 Airplane 和 Bird 分別根據自己的需要實作 Fly 這個介面。至於有不同種類的飛機，如戰鬥機、民用飛機等直接繼承 Airplane 即可，對於鳥也同理，不同種類的鳥直接繼承 Bird 類別即可。從這裡可以看出，繼承是一個「是否是」的關係，而介面實作則是「有無」的關係。如果一個類別繼承了某個抽象類別，則子類別一定是抽象類別的種類，而介面實作則是有無、具有不具有的關係，例如鳥能否能飛（或是否具有飛行這個特徵），能飛行則可以實作這個介面，不能飛行就不實作這個介面。
設計層面不同，抽象類別作為許多子類別的父類別，它是一種模板式設計。而介面是一種行為規範，它是一種輻射式設計。什麼是模板式設計？最簡單例子，大家都用過 PPT 裡的模板，如果用模板 A 設計了 PPT B 和 PPT C，PPT B 和 PPT C 共同的部分就是模板 A 了，如果它們的共同部分需要修改，則只需要修改模板 A 就可以了，不需要重新對 PPT B 和 PPT C 進行修改。而輻射式設計，例如某個電梯都裝了某種報警器，一旦要更新報警器，就必須全部更新。也就是說對於抽象類別，如果需要添加新的方法，可以直接在抽象類別中添加具體實作，子類別可以不進行變更；而對於介面則不可，如果介面進行了變更，則所有實作這個介面的類別都必須進行相應的修改。

再看一個網上流傳最廣泛的例子：門和警報的例子：門都有 open() 和 close() 兩個動作，此時我們可以通過抽象類別和介面來定義這個抽象概念：

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

或是：

interface Door {
    public abstract void open();
    public abstract void close();
}

但現在如果我們需要門具有報警 alarm() 的功能，該如何實作？提供兩種思路：

將這三個功能都放在抽象類別裡面，但這樣一來所有繼承於這個抽象類別的子類別都擁有了報警功能，但有的門並不一定具有報警功能；
將這三個功能都放在介面裡面，需要用到報警功能的類別就需要實作這個介面中的 open() 和 close()，或者這個類別根本就不具備 open() 和 close() 這兩個功能，例如火災報警器。

從這裡可以看出，Door 的 open()、close() 和 alarm() 基本就屬於兩個不同領域內的行為，open() 和 close() 屬於門自身固有的行為特徵，而 alarm() 屬於延伸的附加行為。因此最好的解決方式是單獨將報警設計為一個介面，包含 alarm() 行為，Door 設計為單獨的一個抽象類別，包含 open 和 close 兩種行為。再設計一個報警門繼承 Door 類別並實作 Alarm 介面。

interface Alarm {
    void alarm();
}
abstract class Door {
    void open();
    void close();
}
class AlarmDoor extends Door implements Alarm {
    void open() { //.... }
    void close() { //.... }
    void alarm() { //.... }
}

希望本文所述對大家的 Java 程式設計有所幫助。