编程自学指南：java程序设计开发，面向对象高级特性（抽象类、接口）,为什么需要抽象类与接口？,抽象类,接口

面向对象高级特性（抽象类、接口）

学习目标：

1. 理解抽象类与接口的核心概念及区别

2. 掌握抽象类和接口的定义与实现方法

3. 能够合理选择抽象类或接口设计程序结构

4. 结合实际场景应用多态与解耦

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一、课程引入

1.1 为什么需要抽象类与接口？

• 抽象类：抽取多个类的共性（如动物都有eat()方法，但实现不同）

• 接口：定义行为规范（如USB设备必须实现connect()方法）

• 设计目标：

  • 提高代码复用性（抽象类）

  • 实现多继承效果（接口）

1.2 核心对比

特性	抽象类	接口（Java 8+）
定义方法	可包含抽象/具体方法	默认只含抽象方法（可含默认方法）
变量	可包含成员变量	只能包含常量（public static final）
继承/实现	单继承	多实现
设计目标	“是什么”（is-a关系）	“能做什么”（has-a关系）

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二、抽象类

2.1 抽象类的定义

语法

public abstract class 类名 {  
    // 抽象方法（无方法体）  
    public abstract void 方法名();  

    // 具体方法  
    public void 方法名() { ... }  
}

案例1：图形类抽象

public abstract class Shape {  
    // 抽象方法：计算面积  
    public abstract double calculateArea();  

    // 具体方法：公共逻辑  
    public void printInfo() {  
        System.out.println("这是一个图形");  
    }  
}  

// 子类必须实现抽象方法  
public class Circle extends Shape {  
    private double radius;  

    @Override  
    public double calculateArea() {  
        return Math.PI * radius * radius;  
    }  
}

2.2 抽象类的应用场景

• 场景：多个子类有共同属性和方法，但部分行为需要不同实现

• JDK示例：InputStream是抽象类，FileInputStream是其子类

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三、接口

3.1 接口的定义与实现

语法（Java 8+）

public interface 接口名 {  
    // 常量  
    String TYPE = "USB";  

    // 抽象方法（默认public abstract）  
    void connect();  

    // 默认方法（Java 8+）  
    default void check() {  
        System.out.println("接口自检完成");  
    }  

    // 静态方法（Java 8+）  
    static void printVersion() {  
        System.out.println("接口版本1.0");  
    }  
}

案例2：设备连接接口

public interface USBDevice {  
    void connect();  
    void disconnect();  
}  

// 实现类  
public class Mouse implements USBDevice {  
    @Override  
    public void connect() {  
        System.out.println("鼠标已连接");  
    }  

    @Override  
    public void disconnect() {  
        System.out.println("鼠标已断开");  
    }  
}

3.2 接口的多实现

案例3：智能手机功能

public interface Camera {  
    void takePhoto();  
}  

public interface GPS {  
    void locate();  
}  

// 类可实现多个接口  
public class SmartPhone implements Camera, GPS {  
    @Override  
    public void takePhoto() { ... }  

    @Override  
    public void locate() { ... }  
}

四、综合应用与设计模式

4.1 综合案例：门与报警系统

// 接口定义能力  
public interface Alarm {  
    void alarm();  
}  

// 抽象类定义共性  
public abstract class Door {  
    public abstract void open();  
    public abstract void close();  
}  

// 具体类组合功能  
public class SecurityDoor extends Door implements Alarm {  
    @Override  
    public void open() {  
        System.out.println("门已打开");  
    }  

    @Override  
    public void close() {  
        System.out.println("门已关闭");  
    }  

    @Override  
    public void alarm() {  
        System.out.println("触发警报！");  
    }  
}

4.2 面向接口编程的优势

• 解耦：调用方依赖接口而非具体实现

• 扩展性：新增实现类无需修改现有代码

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五、常见错误与最佳实践

5.1 常见错误

• 错误1：试图实例化抽象类或接口

  Shape shape = new Shape(); // 编译错误  
  USBDevice device = new USBDevice(); // 编译错误

  错误2：接口默认方法冲突

interface A { default void foo() {} }  
interface B { default void foo() {} }  
class C implements A, B {} // 编译报错，需重写foo()

5.2 设计原则

• 优先使用接口：需要多继承或定义行为规范时

• 合理使用抽象类：存在多个子类共享代码时

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六、总结与练习

6.1 总结

• 抽象类：抽取共性，包含实现细节

• 接口：定义规范，支持多态扩展

• 核心区别：单继承 vs 多实现，状态 vs 行为

6.2 课后任务

1. 设计一个“支付系统”，定义Payment接口（含pay()方法），实现Alipay和WechatPay类

2. 用抽象类实现“车辆管理系统”（如抽象类Vehicle，子类Car、Bike）

3. 预习下一节课：内部类与枚举

6.3 扩展挑战

• 阅读JDK源码（如List接口与AbstractList抽象类），分析其设计思想