接口与多态：抽象方法、实现与对象类型的深入探讨

# 接口与多态：抽象方法、实现与对象类型的深入探讨 ## 1. 抽象方法的概念与特性 在编程中，除了可以将类标记为抽象类外，还能把方法标记为抽象方法。抽象类意味着该类必须被继承，而抽象方法则表示这个方法必须被重写。有时候，在抽象类里的某些（甚至全部）行为，只有在更具体的子类中实现才有意义，因为很难想出一个对所有子类都通用的方法实现。例如，一个通用的 `eat()` 方法该如何定义呢？ 抽象方法没有方法体，在声明时不需要使用花括号，直接以分号结尾即可。示例代码如下： ```java public abstract void eat(); ``` 需要注意的是，如果声明了一个抽象方法，那么必须将该类也标记为抽象类，不能在非抽象类中存在抽象方法。不过，在抽象类中可以同时包含抽象方法和非抽象方法。 ### 抽象方法的作用 有人可能会问，抽象方法有什么意义呢？毕竟抽象类的初衷是包含能被子类继承的通用代码。实际上，可继承的方法实现（即有实际方法体的方法）在父类中是很有用的，但在抽象类中，很多时候很难想出对所有子类都适用的通用代码。抽象方法的意义在于，即使没有编写实际的方法代码，也为一组子类定义了部分协议。 这对于多态性非常重要。多态性允许我们使用超类类型（通常是抽象的）作为方法参数、返回类型或数组类型。这样，在程序中添加新的子类（如 `Animal` 的新子类）时，无需重写或添加新的方法来处理这些新类型。例如，如果 `Vet` 类的方法不使用 `Animal` 作为参数类型，那么对于每个 `Animal` 子类都需要单独编写一个方法，这显然是很繁琐的。而有了抽象方法，就可以说“该类型的所有子类都有这个方法”，从而实现多态性。 ## 2. 实现抽象方法的规则 抽象方法仅用于实现多态性，本身没有方法体。因此，在继承树中，第一个具体类必须实现所有抽象方法。不过，也可以通过将自身声明为抽象类来推迟实现。例如，如果 `Animal` 和 `Canine` 都是抽象类，且都有抽象方法，那么 `Canine` 类不必实现 `Animal` 类的抽象方法。但当遇到第一个具体子类（如 `Dog`）时，该子类必须实现 `Animal` 和 `Canine` 类的所有抽象方法。 实现抽象方法就像重写方法一样，需要提供方法体，即在类中创建一个非抽象方法，其方法签名（名称和参数）要与抽象方法相同，并且返回类型要与抽象方法声明的返回类型兼容。至于方法内部的具体实现，则可以根据需求自行编写。 ## 3. 具体类与抽象类的应用场景 一个类在不同的应用场景中，可能既可以是具体类，也可以是抽象类。以下是一些示例： | 具体应用场景 | 示例类 | 抽象应用场景 | | --- | --- | --- | | 高尔夫球场模拟程序 | Tree | 树木苗圃应用程序 | | 卫星照片应用程序 | Town | 城市规划应用程序 | | 足球教练应用程序 | Football Player | 体育数据分析应用程序 | | 家具展示应用程序 | Chair | 家具设计应用程序 | | 销售管理应用程序 | Customer | 市场调研应用程序 | | 订单处理应用程序 | Sales Order | 企业资源规划应用程序 | | 图书馆管理应用程序 | Book | 出版行业应用程序 | | 零售业务应用程序 | Store | 商业战略规划应用程序 | | 供应链管理应用程序 | Supplier | 供应商评估应用程序 | | 高尔夫运动模拟程序 | Golf Club | 高尔夫装备研发应用程序 | | 汽车维修应用程序 | Carburetor | 汽车工程设计应用程序 | | 厨房电器应用程序 | Oven | 家电研发应用程序 | ## 4. 多态性的实际应用示例 ### 自定义 Dog 列表类 假设要编写一个自定义的列表类来存储 `Dog` 对象，在不考虑 `ArrayList` 类的情况下，可以使用一个简单的 `Dog` 数组来实现。以下是示例代码： ```java public class MyDogList { private Dog [] dogs = new Dog[5]; private int nextIndex = 0; public void add(Dog d) { if (nextIndex < dogs.length) { dogs[nextIndex] = d; System.out.println("Dog added at " + nextIndex); nextIndex++; } } } ``` 这个类使用一个长度为 5 的 `Dog` 数组来存储 `Dog` 对象，当数组达到容量上限时，调用 `add()` 方法将不会有任何操作。 ### 扩展为存储 Animal 对象的列表类 如果还需要存储 `Cat` 对象，有以下几种解决方案： 1. **创建单独的类**：创建一个 `MyCatList` 类来存储 `Cat` 对象，但这种方式比较繁琐。 2. **创建一个综合类**：创建一个 `DogAndCatList` 类，使用两个不同的数组作为实例变量，并提供 `addCat(Cat c)` 和 `addDog(Dog d)` 两个不同的 `add()` 方法，这也是一种不太优雅的解决方案。 3. **创建通用的 Animal 列表类**：创建一个可以存储任何 `Animal` 子类的列表类，这样可以使类更加通用。示例代码如下： ```java public class MyAnimalList { private Animal[] animals = new Animal[5]; private int nextIndex = 0; public void add(Animal a) { if (nextIndex < animals.length) { animals[nextIndex] = a; System.out.println("Animal added at " + nextIndex); nextIndex++; } } } ``` 可以通过以下代码测试这个类： ```java public class AnimalTestDrive{ public static void main (String[] args) { MyAnimalList list = new MyAnimalList(); Dog a = new Dog(); Cat c = new Cat(); list.add(a); list.add(c); } } ``` ### 使用 Object 作为通用类型 为了使类更加通用，能够存储任何类型的对象，可以考虑使用 `Object` 类型。在 Java 中，所有类都继承自 `Object` 类，`Object` 类是所有类的超类。许多 `ArrayList` 方法都使用了 `Object` 这种终极多态类型，因为所有 Java 类都是 `Object` 的子类，所以这些方法可以接受任何对象。 以下是 `ArrayList` 中一些使用 `Object` 类型的方法示例： ```java boolean remove(Object elem); // 移除列表中指定对象的一个实例，如果元素在列表中则返回 'true' boolean contains(Object elem); // 如果列表中存在与指定对象匹配的元素则返回 'true' boolean isEmpty(); // 如果列表没有元素则返回 'true' int indexOf(Object elem); // 返回指定对象在列表中的索引，如果不存在则返回 - ```