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類(lèi)、抽象類(lèi)、接口、繼承和對(duì)象(java)

 執(zhí)著男孩 2006-09-13

 


這不是什么教材,筆者有時(shí)會(huì)在論壇上瞧瞧,看到不少初學(xué)者問(wèn)到很多問(wèn)題,這些問(wèn)題是java程序員應(yīng)該懂得的,而一般書(shū)上不會(huì)講到或者一筆帶過(guò)的知識(shí)。因此斗膽涂鴉一篇文章,把想說(shuō)的在這里一口氣說(shuō)完。這也是本人第一次寫(xiě)技術(shù)性的文章,文筆不暢之外,還請(qǐng)各位見(jiàn)諒。


首先講清楚類(lèi)和對(duì)象的區(qū)別。


類(lèi)是廣泛的概念,表示一個(gè)有共同性質(zhì)的群體,而對(duì)象指的是具體的一個(gè)實(shí)實(shí)在在的東西。例如,“人”是一個(gè)類(lèi),它可以表示地球上所有的人;而“張三”、“李四”、“愛(ài)因斯坦”等則是一個(gè)個(gè)的對(duì)象,或者說(shuō)它們是“人”這個(gè)類(lèi)的一個(gè)個(gè)實(shí)例。在 Java 中,我們可以定義類(lèi),然后創(chuàng)建類(lèi)的對(duì)象。


例如:
// 聲明一個(gè)類(lèi)“Human”
class Human{
    private String name;
    public String getName(){
        return name;
    }
    public void setName(String value){
        this.name = value;
    }
    //......
}


創(chuàng)建一個(gè)類(lèi):
Human human = new Human();


 


其次,很多人對(duì)對(duì)象和對(duì)象的引用認(rèn)識(shí)模糊
引用是程序操作對(duì)象的句柄,相當(dāng)于C和C++中的指針。
前面說(shuō)了,對(duì)象是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的東西,比如前面的代碼:
Human human = new Human();
程序執(zhí)行到這里之后,java虛擬機(jī)將會(huì)在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè) Human 對(duì)象,并將這個(gè)對(duì)象的引用賦給 human 變量。這里有兩步,首先是創(chuàng)建 Human 對(duì)象,然后把創(chuàng)建的對(duì)象的引用賦給 human 變量。
如果聲明了一個(gè)對(duì)象的引用,但沒(méi)有將對(duì)象賦值給它,則這個(gè)引用指向了空的對(duì)象,或者說(shuō)引用了不存在的對(duì)象。這時(shí)如果想通過(guò)這個(gè)引用訪問(wèn)對(duì)象,則會(huì)拋出空指針異常,例如:
Human human;
//......
human.setName("張三");


 


下面重點(diǎn)談一談?lì)?、抽象?lèi)、接口和繼承之間的關(guān)系
不少細(xì)心的初學(xué)者在論壇上問(wèn)類(lèi)似這樣的問(wèn)題:
1、接口不實(shí)現(xiàn)方法,但我卻在程序中可以調(diào)用接口的方法,這是為什么?比如 java.sql 包中的 Connection、Statement、ResultSet 等都是接口,怎么可以調(diào)用 它們的方法呢?
2、抽象類(lèi)不能實(shí)例化,但是jdk中卻有很多抽象類(lèi)的對(duì)象,這是為什么?比如 System.in 是一個(gè) InputStream 類(lèi)型對(duì)象,但 InputStream 是抽象類(lèi),怎么可以得到它的對(duì)象呢?


不管怎么樣,大家應(yīng)該明白一點(diǎn):不管是抽象類(lèi)中的抽象方法,還是接口中定義的方法,都是需要被調(diào)用的,否則這些方法定義出來(lái)就沒(méi)有意義了。


可能有很多書(shū)上沒(méi)有提到,或者提到了而讀者沒(méi)有注意到這一點(diǎn):
一個(gè)子類(lèi)如果繼承了它的基類(lèi),則表示這個(gè)類(lèi)也是其基類(lèi)的一種類(lèi)型,這個(gè)子類(lèi)的一個(gè)對(duì)象是子類(lèi)類(lèi)型,并且同時(shí)也是其基類(lèi)的一個(gè)對(duì)象,它也具有基其類(lèi)的類(lèi)型;一個(gè)類(lèi)如果實(shí)現(xiàn)了一個(gè)接口,則表示這個(gè)類(lèi)的一個(gè)對(duì)象也是這個(gè)接口的一個(gè)對(duì)象。


可能這樣說(shuō)不太好懂,又是子類(lèi)、基類(lèi)、類(lèi)型、接口什么的,容易搞混。其實(shí)舉個(gè)現(xiàn)實(shí)的例子你就會(huì)覺(jué)得其實(shí)很簡(jiǎn)單:
如果“人”是一個(gè)基類(lèi),則“男人”是“人”的一個(gè)子類(lèi)。如果“張三”是一個(gè)“男人”,也就是說(shuō)“張三”是“男人”的一個(gè)對(duì)象,那么顯然“張三”也是“人”這個(gè)基類(lèi)的一個(gè)對(duì)象。


明白了這一點(diǎn),就容易理解為什么我們可以得到抽象類(lèi)的對(duì)象了:原來(lái)我們得到的抽象類(lèi)的對(duì)象其實(shí)是它的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了抽象方法的子類(lèi)或子孫類(lèi)的一個(gè)對(duì)象,但我們拿它當(dāng)它的抽象類(lèi)的基類(lèi)來(lái)用。比如“人”這個(gè)類(lèi),每個(gè)人都會(huì)“悲傷”,男人悲傷的時(shí)候抽煙、喝酒,女人悲傷的時(shí)候哭泣、流淚。由于不同的子類(lèi)在“悲傷”時(shí)所進(jìn)行的動(dòng)作不一樣,因此這個(gè)動(dòng)作(方法)在基類(lèi)中不好實(shí)現(xiàn),但基類(lèi)中又需要有這個(gè)方法,因此,“人”這個(gè)類(lèi)就可以定義一個(gè)抽象方法“悲傷”,由其子類(lèi)“男人”和“女人”來(lái)實(shí)現(xiàn)“悲傷”這個(gè)方法。但是調(diào)用者只把男人和女人的對(duì)象當(dāng)作其基類(lèi)“人”的一個(gè)對(duì)象,調(diào)用它的“悲傷”方法。
讀者可以去體驗(yàn)一下 jdk 的抽象類(lèi) java.lang.Process :
Runtime runtime = Rumtime.getRuntime();
Process process = rumtime.exec("notepad.exe");
Class cls = process.getClass();
System.out.println(cls.getName());
這時(shí)會(huì)打印出 process 類(lèi)的名字,如果在 Windows 下它會(huì)是一個(gè)類(lèi)似于 *Win32* 的名字,它是 Process 的一個(gè)子類(lèi)。因?yàn)?process 類(lèi)用于管理打開(kāi)的進(jìn)程,而在不同的操作系統(tǒng)上都有不同的實(shí)現(xiàn),因此它把方法定義為 Process 的抽象方法,而具體的操作只能由對(duì)應(yīng)在不同操作系統(tǒng)下的子實(shí)現(xiàn)。



下面來(lái)談接口,我們知道接口只定義了一些方法,而沒(méi)有實(shí)現(xiàn)這些方法。而其實(shí),接口是一個(gè)規(guī)范,它規(guī)定了實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口所要做的事情,或者說(shuō)規(guī)定了實(shí)現(xiàn)接口的類(lèi)必須具備的能力(也就是方法)。
那么我們可以這樣對(duì)比:
某種類(lèi)型的駕駛執(zhí)照,規(guī)定了拿到這個(gè)駕照的人必須能夠“開(kāi)小汽車(chē)”和“開(kāi)公共汽車(chē)”。那么我們認(rèn)為這個(gè)駕照是一個(gè)接口,它規(guī)定了實(shí)現(xiàn)它的類(lèi)所必須有的能力。
我們可以定義一個(gè)類(lèi) Driver,繼承自 Human,然后實(shí)現(xiàn)“駕照持有者”這個(gè)接口:
public interface DriverHolder{
    public void driverCar();
    public void driverBus();
}
public class Driver extends Human implements DriverHolder{
    public void driverCar(){
        // ......
    }
    public void driverBus(){
        // ......
    }
}



這樣一來(lái),一個(gè)“Driver”對(duì)象,它同時(shí)也是一個(gè) DrivreHolder 對(duì)象。即一個(gè)司機(jī)(Driver)同時(shí)是一個(gè)駕照?qǐng)?zhí)持有者對(duì)象。在程序中我們可以這樣:
DriverHolder driverholder = new Driver();
driverholder.driverCar();


這樣我們就解釋了為什么“接口沒(méi)有實(shí)現(xiàn)方法,卻可以得到接口類(lèi)的對(duì)象”的問(wèn)題。


但是這樣一來(lái),肯定有人會(huì)問(wèn):為什么要定義一個(gè)接口呢,為什么不直接把這個(gè)方法定義到 Driver 類(lèi)中去,然后 Driver driver = new Driver(); 一樣可以調(diào)用它的 driverCar(); 和 driverBus() 方法,這樣做豈不是方便得多?


這是因?yàn)閖ava是單繼承的,它只能繼承于一個(gè)類(lèi),這樣它的類(lèi)型就只限于其基類(lèi)或者基類(lèi)的基類(lèi)。但是java可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口,這樣它就可以有很多個(gè)接口的類(lèi)型。就象一個(gè)人,它繼承自“脊椎動(dòng)物”這個(gè)類(lèi),而“脊椎動(dòng)物”又繼承自“動(dòng)物”這個(gè)類(lèi),因此“張三”是個(gè)人,他是一個(gè)“脊椎動(dòng)物”,當(dāng)然他也是一個(gè)“動(dòng)物”。但他可以繼承很多個(gè)接口,比如拿駕駛執(zhí)照之后,他就是“駕照持有者”類(lèi)型,他也可以拿英語(yǔ)六級(jí)證書(shū),這樣他就是一個(gè)六級(jí)證書(shū)持有者等等。


明白這一點(diǎn)之后,我們來(lái)看一看 java 的事件機(jī)制。
java.awt.Button 類(lèi)有一個(gè) addActionListener(ActionListener l);方法。這個(gè)方法傳入的是一個(gè)接口類(lèi)型:ActionListerner,在實(shí)際中,我們需要實(shí)現(xiàn) ActionListener 接口,并且把實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口的類(lèi)的對(duì)象引用作為參數(shù)傳入。這樣,Button對(duì)象就得到了一個(gè) ActionListener 對(duì)象,它知道這個(gè) ActionListener 對(duì)象有一個(gè) actionPerformed 方法,或者說(shuō)它有處理 Action 事件的能力,當(dāng) Action 事件發(fā)生時(shí),它就可以調(diào)用這個(gè)對(duì)象的 actionPerformed 方法。


比如一般我們會(huì)這樣做:
public class TestButton extends Frame implements ActionListener{
    private Button btn1 = new Button();
    //......
   
    public TestButton(){
        btn.addActionListener(this);
 this.add(btn);
    }
   
    public void actionPerformed(ActionEvent e){
 
    }
}


現(xiàn)在我們假設(shè) ActionListener 不是接口,而是一個(gè)類(lèi)。那么我們只能繼承 ActionListener 類(lèi),并且重寫(xiě) actionPerformed 方法。但是java是單繼承的,如果類(lèi)繼承了 ActionListener 類(lèi),那么它就不能繼承其它的類(lèi)(Frame 類(lèi))了,而不從 Frame 類(lèi)繼承的話,又怎么創(chuàng)建窗體,怎么把 Button 放到窗體中去呢?



其實(shí)接口不完全是為了解決 java 的單繼承問(wèn)題,它在某種程度上可以達(dá)到調(diào)用和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的分離。
比如說(shuō),中國(guó)的民用電規(guī)范是一個(gè)接口:平均電壓220V、50Hz、Sin 交流電,水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠、核電廠,還有小型的柴油發(fā)電機(jī)如果按這個(gè)規(guī)范發(fā)電,則表示它們實(shí)現(xiàn)了這個(gè)民用電源的接口;冰箱、電視、洗衣機(jī)等家用電器使用這些電源,表示它們?cè)谡{(diào)用這個(gè)接口。在這里,家用電器不管電從哪里來(lái),只要它符合民用電源的規(guī)范就好,電源也不管它發(fā)的電用于什么工作,只管提供電源。


再回過(guò)頭來(lái)看看 Button 的事件機(jī)制。要知道,Button 要保證所有的 action 事件發(fā)生時(shí),程序員都可以在他的代碼中處理它,圖書(shū)館管理系統(tǒng)、收銀系統(tǒng)、進(jìn)銷(xiāo)存等等等等等等。而接口就可以做到這一點(diǎn):找一個(gè)類(lèi)實(shí)現(xiàn) ActionListener 接口,并且讓 Button 得到這個(gè)類(lèi)的對(duì)象的引用( 調(diào)用 addActionListener 方法),從而當(dāng)Action事件發(fā)生時(shí),button 創(chuàng)建一個(gè)包含了事件信息的對(duì)象(ActionEvent),然后調(diào)用這個(gè)接口對(duì)象的方法,到底怎么處理這次事件,這就是實(shí)現(xiàn)接口的類(lèi)的事情了。在這里,Button 絲毫不了解 actionPerformed 方法中到底干了什么事情,也不應(yīng)該知道。Button 與具體的業(yè)務(wù)邏輯完全分離開(kāi)了,它可以應(yīng)用到所有的場(chǎng)合。

 


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