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

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);
}

注意上述函數宣告沒有 {}，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。

介面

為什麼 Java 提供 Interface

Java 有關 Interface 的語法

Abstract Class and Method

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