為什麼 Java 提供 Interface
雖然程式語言提供了基本資料型別,但由於各種應用都有其特定的資料結構需求,因此程式語言都提供使用者自訂型別的能力。型別自訂後,其使用的方法和基本資料型態類似。
Class 就是一種使用者自定的型別。Java 提供了 instanceof
的保留字,用以判斷某 reference 所指到的物件,其型態和某 Class 是否相容:
Object ref;
ref = new Bird();
if (ref instanceof Animal) { // correct
System.out.println("ref is currently pointing to an Animal Object.");
}
在物件導向的觀念裡,物件可以具有多個型別,例如:「附有橡皮擦的鉛筆」,可以當成是「書寫工具」,也可以當成是「擦拭工具」。
物件可有多種型別的觀念,不僅在日常生活中常見,在軟體開發上也有實際的需求,要使物件具有多種型別,可透過繼承來達成。
例如 Bird 物件就同時具有 Bird 和 Animal 兩種型別。
由於 Java 的 Class 只能有單一繼承,因此像「附有橡皮擦的鉛筆」同時具有「書寫工具」和「擦拭工具」兩種互不相關的型別,就無法透過 Class 的單一繼承來達成了。
許多語言提供 Class 的多重繼承,但 Java 考量諸如下面的多重繼承問題,選擇不引進 Class 多重繼承:
假設 B 繼承 A ,C 繼承 A,D 又多重繼承 B、C,該語言又使用 virtual function 則
如果 B、C 都有 overwrite A 的 methodM 方法,而 A ref 指到 D 類別的物件,請問透過 ref 傳遞 methodM 訊息時,應該使用 B 還是 C 的 methodM?
在不引進 Class 多重繼承的前提下,為了讓物件具有多種型態,Java 提供了 Interface (界面) 的觀念。
Interface 可視為沒有實作的自訂型別,和 Class 用來作為 Object 的模板有所不同。
Class 可以宣告實作多個 Interface,而 Interface 之間可以有多重繼承。
Java 有關 Interface 的語法
- 宣告 Interface
注意上述函數宣告沒有public interface Listener { double PI = 3.14149; // 同public static final void listen(); // 同public abstract } public interface Runnalbe { int PERIOD = 10; void run(); } public interface AnotherRun { int PERIOD = 20; void run(); int run(int); }
{}
,也就是說沒有實作的意思。 - Interface 的繼承
public interface ActionListener extends Listener { // } public interface MultiInterface extends Listener, Runnalbe { // }
- Class 實作 Interface 的宣告
public class A implements Listener { public void listen() { // } } public class B implements Listener, Runnable { public void listen() { // } public void run() { // } } public class C implements MultiInterface { public void listen() { // } public void run() { // } } public class D extends A implements Runnable, AnotherRun { public void run() { // } public int run(int period) { // } }
Interface 如同 Class 一樣可以作為一種型態的宣告,因此如下的判斷都是正確的
D ref = new D();
ref instanceof D; // true
ref instanceof Runnable; // true
ref instanceof AnotherRun; // true
ref instanceof A; // true
ref instanceof Listener; // true
Interface 中宣告的變數具有以下特質
- public:所謂 Interface (界面) 指的是外界觀看某物件時,所能看到的表象以及溝通的管道,因此 Interface 內的成員一定是 public。也就是說即便宣告時沒寫 public 關鍵字,Compiler 也會幫我們加上去。
- static:既然 Interface 沒有實作,就不可能透過 Interface 產生物件。換言之,Interface 內的變數一定是屬於 Class,而不屬於 Object。
- final:Interface 可視為一種約定或契約,我們自然不希望裡面的 variable 可以隨便更改。
Interface 中宣告的 method 具有以下特質
- public:同變數說明。
- abstract:Interface 沒有實作,裡面定義的 method 只是宣告而已。沒有實作的 method,在 Java 裡用 abstract 這個關鍵字來表達。有關 abstract 的詳細說明,請見 下一節
當 Interface 繼承多個 Interface,或 Class 實作多個 Interface 時,如果有多個同名的函數或變數時,應該如何處理?例如 Runnable 和 AnotherRun 這兩個界面都定義了變數 PERIOD 和方法 run。
- 相同變數名稱:由於 interface 內的變數具有 static 的性質,因此使用這些變數時,必須加上 Interface 的名稱才行,如
Runnable.PERIOD
、AnotherRun.PERIOD
,因此不會造成任何混淆。 - 相同函數名稱:如果 signature (參數個數、型態以及傳回值型態) 完全相同,則 Class 只要實作一次即可,例如 Runnable 和 AnotherRun 均定義
void run()
,因此 Class D 只要實作一次就好了。如果同名函數符合 Overloading,把它們分別當成不同的 method 即可。如果參數完全相同,但傳回值不同,則違反了 Overloading 的原則,會產生 Compile Error。
Abstract Class and Method
只有參數宣告,沒有實作的方法,稱為 abstract method
。
某些情況下,雖然有實作,但我們希望強迫子類別必須 override 該方法時,也可以宣告為 abstract method
。
Interface 裡的方法一定沒有實作,因此必然為 abstract method
。
如果 Class 裡有一個以上的 abstract method
,則該 class 必須宣告為 abstract。
有時候即使沒有 abstract method
,也可以宣告該 class 為 abstract。我們不可以直接 new 該 class 的物件,只能 new 其子類別物件。
public abstract class AbstractExample {
int x;
public void abstract abstractMethod() {
}
public AbstractExample() {
x = 5;
}
}
public class SubClass extends AbstractExample {
public void abstractMethod() { // must override this method, or SubClass be declared as abstract class
x = 10;
}
}
public class Main {
public static void main(String[] argv) {
AbstractExample a = new SubClass(); // correct
a.abstractMethod(); // virtual function, call SubClass's abstractMethod
a = new AbstractExample(); // Compile error, you can't new abstract class
}
}
綜合以上所述,可列出以下幾點特徵
- 具有
abstract method
的 class 必須宣告為abstract class
。 - 繼承
abstract class
的子類別必須 override 所有父類別的abstract method
,否則子類別也必須宣告為abstract class
。 - 實作 Interface A 的 Class 必須實作 A 裡的所有 method,否則必須宣告自己為
abstract class
。 - 不能直接 new abstract class,只能 new 其非 abstract class 的子類別。