设计程序时怎么选择抽象类和接口

        抽象类和接口都是面向对象编程的重要概念，它们都可以用来表示某种抽象的概念，但在特定的情况下，需要根据具体的需求来选择使用哪种方式。

        抽象类可以包含一些具体的方法或成员变量，但同时也可以包含一些抽象方法，这些抽象方法必须由其子类去实现。抽象类一般表示“is-a”的关系，也就是说，如果一个类继承了某个抽象类，那么它可以被看作是这个抽象类的子类，同时也可以使用这个抽象类的方法和属性。

        接口则是一组抽象方法的集合，接口只定义了方法的签名而没有具体的实现。接口一般表示“can-do”的关系，也就是说，如果一个类实现了某个接口，那么它可以被看作是这个接口的实现类，同时也必须实现这个接口中的所有方法。

下面是一些选用抽象类和接口的一些指导原则：

1. 如果需要在定义抽象类的同时，即包含某些具体方法又需要某些方法由子类来实现，可以选用抽象类。

2. 如果需要定义一组规范，即只是定义一些方法的签名，而不需要具体的实现，可以选用接口。

3. 如果需要创建一些类来表示不同的实体，在这些类中实现相同的方法并且可能包含一些共有的方法，那么可以选用抽象类。

4. 如果需要创建一组不同的类来实现同一组接口，那么可以选用接口。

5. 如果需要在接口中添加新的方法，会破坏原有的代码结构，这时候可以使用抽象类。

6. 如果需要在不同的类之间共享某些抽象方法的实现代码，那么可以使用抽象类。
    

一、抽象类与接口的区别

        抽象类与接口都是面向对象编程中的重要概念，它们都具有表达抽象概念和规范性质的特点，但两者也有不同之处。

• 抽象类是一种特殊的类，它不能被实例化，只能作为其他具体类的父类来使用。抽象类可以包含抽象方法和非抽象方法，抽象方法必须在子类中进行重写或实现。由于具体类只能继承一个抽象类，因此抽象类的用途不是很灵活。
• 接口是一种完全抽象化的类型，它定义了对象应该具备的行为，并由实现类来完成具体的操作。接口中只包含抽象方法和常量，实现接口的类必须实现所有的抽象方法。可通过一个类实现多个接口，从而增加代码的灵活性。

        总结起来，抽象类与接口的主要区别如下：

	抽象类	接口
实例化	不能被实例化	不能被实例化
继承	可以被具体类继承，一个具体类只能继承一个抽象类	可以被具体类实现，一个具体类可以实现多个接口
方法	包含成员变量、抽象方法和非抽象方法，抽象方法必须在子类中进行重写或实现	只包含抽象方法和常量，实现接口的类必须实现所有方法

        JDK 1.8 后，抽象类和接口的主要区别。表格中 "√" 表示支持该特性，"×" 表示不支持。

特性	抽象类	接口
构造方法	√	×
实例变量	√	×
非抽象方法	√	×
多重继承	×	√
默认方法	×	√
静态方法	×	√
私有方法	×	√
变量默认类型	无限制	常量

        需要注意的是，表格只是总结了一些主要特性，实际上在使用抽象类和接口时还需要考虑其他因素，如代码复用、可扩展性、可读性等。选择抽象类或接口应该根据具体情况进行分析和判断。

        Java 8 中，接口中除了常量外，还有默认方法（Default Method）、静态方法（Static Method）。

        默认方法是一种包含了接口实现的方法。它可以包含代码块和默认实现，当实现类没有实现该方法时，直接调用该方法的默认实现。

        静态方法仅能以接口的方式进行访问。这个特性主要为了保持向后兼容性，因为在 Java 8 之前，接口中只能定义常量。

        私有方法是在 Java 9 中引入的新特性，可以用来组织并减少接口中公用代码的复制。私有方法只能在接口内部可见，不能被实现该接口的类或其他类访问。这些私有方法通常被默认方法或静态方法调用，用于减少代码重复。

        以下示例演示了默认方法、静态方法和私有方法：

interface MyInterface {
    // 常量
    public static final int MY_CONST = 10;

    // 默认方法
    default void defaultMethod() {
        System.out.println("This is a default method in MyInterface.");
    }

    // 静态方法
    static void staticMethod() {
        System.out.println("This is a static method in MyInterface.");
    }

    // 私有方法
    private void privateMethod() {
        System.out.println("This is a private method in MyInterface.");
    }

    // 默认方法调用私有方法
    default void methodUsingPrivateMethod() {
        privateMethod();
    }
}

class MyClass implements MyInterface {
    // 实现接口的抽象方法
    @Override
    public void defaultMethod() {
        System.out.println("This is a custom implementation of default method.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 调用默认方法
        MyInterface obj1 = new MyClass();
        obj1.defaultMethod();  // 输出：This is a custom implementation of default method.

        // 调用静态方法
        MyInterface.staticMethod();  // 输出：This is a static method in MyInterface.

        // 私有方法只能在接口内部使用
        // MyInterface.privateMethod();  // 编译错误

        // 默认方法调用私有方法
        obj1.methodUsingPrivateMethod();  // 输出：This is a private method in MyInterface.
    }
}

二、抽象类与接口各自的优点

        抽象类的优点

1. 抽象类可以包含具体方法和抽象方法，子类继承抽象类后只需要实现其中的抽象方法即可。
2. 抽象类可以作为某些类的基类，表示某个范围或某个共性。
3. 抽象类可以包含成员变量和构造方法，因此可以用来封装一些公共行为。

        接口的优点

1. 接口定义了一种规范，声明了一个类应该具备哪些方法，使得代码更加规范、易于维护和扩展。
2. 接口可以被多个类实现，从而实现了多态的效果，更好地利用了面向对象编程的特性。
3. 接口没有具体的实现，从而避免了父类与子类之间的耦合问题，增加了代码的灵活性和可拓展性。

        总之，抽象类和接口在不同的情况下都有它们独特的优势，在设计程序时可以根据具体的需求来选择使用哪种方式。如果需要提供一些通用的行为和属性，可以考虑使用抽象类。如果需要明确指定某些规范，并且允许多个类实现，则可以使用接口。

三、设计程序时怎么选择抽象类和接口

        在设计程序时，抽象类和接口是实现代码重用和实现多态性的两种重要手段。通常来说，可以根据以下几个方面来选择应该使用哪一种方式：

1. 设计目的

           如果你需要定义一个共性的类或者需要提供默认实现，那么应该使用抽象类。抽象类可
   以包含部分具体实现，并且可以被子类继承，所以比较适合描述一类事物的共有特征和行为。

           如果你需要定义一组规范或者需要实现某些特定行为，那么应该使用接口。接口不能包含任何具体实现，但可以定义一组方法签名，用于描述外部和内部的交互规范，所以更适合描述某种规范或行为约束。

2. 继承关系

           抽象类通常作为类层次结构中的父类存在，并被其子类继承。由于 Java 只支持单继承，所以如果已经存在一个类层次结构，且你需要添加新的行为或者属性，那么可以将这些共性的行为和属性定义在抽象父类中，然后让子类继承并实现自己的特定行为。

           接口则常常作为行为层次结构中的一部分存在，可以通过实现接口来表明类所支持的一组行为或规范。由于一个类可以实现多个接口，因此可以给类赋予更多的行为和能力，而不用改变继承层次结构。

3. 设计风格

           抽象类通常采用自下而上的设计风格，即从具体实现逐步抽象出共性的特征和行为，最终形成类层次结构。这种设计方式便于实现代码重用和提高程序的可读性和可维护性。

           接口则常常采用自上而下的设计风格，即从需要满足的规范或行为开始，逐步细化为一组方法签名。这种设计方式便于提高程序的灵活性和扩展性，同时也可以降低程序的耦合度。
    

四、简单的例子：

         当需要定义一棵类继承树，并为子类提供一些行为实现时，通常应该选择使用抽象类。例如：

abstract class Shape {
    // 抽象类中可以包含具体方法实现和成员变量
    double area() {
        System.out.println("Shape.area()");
        return 0.0;
    }
    // 需要子类实现的抽象方法
    abstract void draw();
}

        在这个例子中，Shape 类是一个抽象类，其中包含了一个具体方法 area() 和一个抽象方法 draw()。子类继承 Shape 类后，可以调用 area() 方法，并重写 draw() 方法以实现自己的特定行为。

        当需要定义一组规范，但是不需要为其提供默认实现时，通常应该选择使用接口。例如：

interface Drawable {
    // 接口中只能定义方法签名
    void draw();
}

class Circle implements Drawable {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Circle.draw()");
    }
}

class Rectangle implements Drawable {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Rectangle.draw()");
    }
}

        在这个例子中，Drawable 接口定义了一个方法签名 draw()，该接口可以用来描述所有可绘制对象的行为。类 Circle 和 Rectangle 实现了该接口，并重写了 draw() 方法以实现自己的特定行为。

        需要注意的是，Java 中一个类可以继承一个抽象类，并实现多个接口，这样就可以同时享受抽象类和接口的优势。另外，当一个类需要多种行为时，也可以将多个接口组合起来使用。例如：

abstract class Animal {
    void eat() {
        System.out.println("Animal.eat()");
    }
}

interface Flyable {
    void fly();
}

interface Swimable {
    void swim();
}

class Bird extends Animal implements Flyable {
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("Bird.fly()");
    }
}

class Fish extends Animal implements Swimable {
    @Override
    public void swim() {
        System.out.println("Fish.swim()");
    }
}

        在这个例子中，Animal 类是一个抽象类，Flyable 和 Swimable 接口定义了飞行和游泳的行为，Bird 类继承 Animal 类并实现了 Flyable 接口，Fish 类继承 Animal 类并实现了 Swimable 接口。这样，Bird 类就具备了动物基本行为和飞行能力，Fish 类就具备了动物基本行为和游泳能力。

        抽象类的主要作用是定义类族之间的共性，它可以包含构造方法、普通方法、抽象方法等成员，也可以包含成员变量和静态代码块，因此具有一定的灵活性和复杂度。抽象类一般用于描述一类对象的通用行为和属性，并提供默认实现，而留下一些抽象方法由子类进行具体实现。

        以下是抽象类的一个简单示例：

abstract class Shape {
    String color;

    public Shape(String color) {
        this.color = color;
    }

    // 抽象方法：计算图形的面积
    public abstract double getArea();
}

class Circle extends Shape {
    double radius;

    public Circle(String color, double radius) {
        super(color);
        this.radius = radius;
    }

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

class Rectangle extends Shape {
    double width;
    double height;

    public Rectangle(String color, double width, double height) {
        super(color);
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    @Override
    public double getArea() {
        return width * height;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Shape shape1 = new Circle("Red", 3.0);
        Shape shape2 = new Rectangle("Green", 4.0, 5.0);
        System.out.println(shape1.getArea());
        System.out.println(shape2.getArea());
    }
}

        上述示例中，抽象类 Shape 描述了图形的通用属性和方法，其中定义了一个抽象方法 getArea()，用于计算图形的面积。类 Circle 和 Rectangle 继承自抽象类 Shape，并实现了抽象方法 getArea()，这样具体的图形对象就可以通过调用 getArea() 方法来计算自己的面积。

        相比之下，接口更加抽象和规范，它只包含常量、方法签名和默认方法，不包括实现代码，因此具有更高的可读性和可维护性。接口一般用于描述一组行为或功能的规范，让实现类来满足这些规范，以达到一定的解耦和灵活性。

        以下是接口的一个简单示例：

interface Drawable {
    void draw();
}

class Circle implements Drawable {
    double radius;

    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a circle with radius " + radius);
    }
}

class Rectangle implements Drawable {
    double width;
    double height;

    public Rectangle(double width, double height) {
        this.width = width;
        this.height = height;
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a rectangle with width " + width + " and height " + height);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Drawable drawable1 = new Circle(3.0);
        Drawable drawable2 = new Rectangle(4.0, 5.0);
        drawable1.draw();
        drawable2.draw();
    }
}

        上述示例中，接口 Drawable 描述了可以被绘制的对象应该具有的行为规范，其中定义了一个方法 draw()。类 Circle 和 Rectangle 实现了接口 Drawable，并重写了方法 draw()，用于具体绘制自己的图形。

        总之，抽象类和接口都有自己的用处和适用场景，需要根据实际需求进行选择和设计。如果描述的是一组相似的对象或操作，使用抽象类更加合适；如果描述的是一组相似的行为或功能，使用接口更加合适。

五、实用的例子

        在 JDK 1.8 及之后，Java 接口除了常量、方法签名和默认方法外，还可以包含静态方法。这样做主要是为了提供更多的灵活性和功能，以下是一些例子：

1. 工厂方法模式

   接口内的静态方法可以用来实现工厂方法模式。在接口中定义一个静态的工厂方法来创建对象，具体的实现由实现类完成。

   例如：
    

   public interface Product {
       void use();
   
       static Product create() {
           return new ConcreteProduct();
       }
   }
   
   public class ConcreteProduct implements Product {
       @Override
       public void use() {
           System.out.println("Using concrete product.");
       }
   }
   
   public class Main {
       public static void main(String[] args) {
           Product product = Product.create();
           product.use();
       }
   }
   

2. 集合框架

    Java 集合框架中的 Collections 类提供了许多静态方法来操作集合，这些方法都是通过接口中的静态方法来实现的。

   例如：Collections.sort(List<T> list) 方法实现了对一个列表进行排序，这个方法就是通过接口 List<T> 中的 sort() 方法来调用实现的。

3. 辅助方法

        接口中的静态方法还可以用来实现一些简单辅助功能，比如检查参数和校验数据等操作。

例如：

public interface StringUtils {
    static boolean isBlank(String str) {
        return str == null || str.trim().isEmpty();
    }

    static boolean isNotBlank(String str) {
        return !isBlank(str);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = null;
        String str2 = "";
        String str3 = "  ";
        System.out.println(StringUtils.isBlank(str1));
        System.out.println(StringUtils.isNotBlank(str2));
        System.out.println(StringUtils.isBlank(str3));
    }
}

        上述代码定义了一个 StringUtils 接口，包含了两个静态方法 isBlank() 和 isNotBlank()，用于判断字符串是否为空或只包含空格。这些方法可以在其他类中方便地调用。

        总之，接口中的静态方法可以用来实现工厂方法、集合框架、辅助方法等功能，提供更多的灵活性和功能。但是需要注意，静态方法不会被继承到实现类中，只能通过接口名来访问。