Java 學習筆記 11 – 類別與物件 Part 4（多型 / 介面）

多型（Polymorphism）

Polymorphism 這個單字在生物學的定義，是指一個物種的同一種群中存在兩種或多種明顯不同的表型。且必須同一時間在同一棲息地中出現。

套用在程式語言，則是 Object 類別（物種）的某自定義類別（種群）中，存在多種不同的表型（函式 / 方法）。
也就是說多型的特性，可讓同名程式，根據使用的不同類別，而有不同的行為。

延續 Animal 類別的例子，同樣 sayHi() 方法，Cat 跟 Fish 各自繼承後，卻實作不同邏輯，這就是多型的特性。如此一來，只要確保「子類 is a 父類」，不需要重複在子類定義，也能知道他們做一樣的事。

abstract class Animal {
    abstract void sayHi();
    // code ...
}

public class Cat extends Animal {
    @Override
    void sayHi() {
        System.out.println("Meow");
    }
    // code ...
}

public class Fish extends Animal {
    @Override
    void sayHi() {
        System.out.println("Blub...");
    }
    // code ...
}

介面 / 接口（interface）

不論實體或抽象類別，「繼承」這項行為本身就對特性存在某些限制，前面說到繼承是「is a」的概念，Cat is an Animal、Fish is an Animal，但當我們想寫一個 Robot 類別實作 sayHi()，這時我們讓它繼承 Animal 類別，@Override sayHi()，所以 Robot is an Animal，咦？怎麼怪怪的？

假如僅能繼承，就會出現如此荒謬的結論，應對繼承以外的情境，有 介面（interface） 這個抽象型別，做更彈性的定義。

繼承之於「is a」隸屬的概念，介面強調「has a」擁有什麼樣的行為，用來定義抽象方法，讓類別以 implements（實作）使用，而這個概念會被稱作複合（Composition）。一個類別只能繼承一個類別，但能實作多個介面。

interface soundMaker {
    abstract void sayHi();
}

abstract class Animal {
    // code ...
}

abstract class Machine {
    // code ...
}

public class Cat extends Animal implements soundMaker {
    @Override
    public void sayHi() {
        System.out.println("Meow");
    }
}

public class RobotA implements soundMaker {
    @Override
    public void sayHi() {
        System.out.println("I'm RobotA");
    }
}

public class RobotB extends Machine implements soundMaker {
    @Override
    public void sayHi() {
        System.out.println("I'm RobotB");
    }
}

成員定義與修飾子

節錄翻譯介面在 Java 的定義：

介面是一種參考型別，類似於類別，只能包含方法簽名（就是方法）、常數宣告、巢狀類別（在一個「類別」中定義「另外一個類別」的行為），方法只能有 default 方法跟 static 方法，能被類別 implement 實作或其他介面 extends 繼承，不能被實例化。

可以把介面視為一種特別的抽象類別，定義屬性及方法，但介面用途是拿來「實作」，屬性預設 public static final（常數），方法會預設 public abstract，SE8 後 default 能寫實例方法（解決擴展早期介面方法，導致早期實作了介面的類別將新方法視為實例方法，而編譯錯誤的問題），但通常還是定義抽象方法居多。

interface flyer {

    // 屬性僅能宣告常數，預設 public static final
    String name = "defaultName";

    // public 只能寫 abstract 方法，預設 public abstract
    public abstract void land();

    // SE8 後 default 能寫實例方法
    default void fly() {
        System.out.println("default 可以寫實例方法");
    }

}

// 還原 SE8 前不能使用 default 方法的情形
// 以前定義好的介面，介面放置在檔案 a
interface EarlyInterface {
    // 當時定義好的方法
    public abstract void methodforClassA();
    // 很久以後 classB 要使用才定義
    public abstract void methodforClassB();
}

// 定義介面當時的類別，類別放置在檔案 b
class ClassA {
    @Override
    public void methodforClassA();
}

// 很久以後才定義的 classB，類別放置在檔案 c
class ClassB {
    @Override
    public void methodforClassB();
}

// 如果沒有改寫 methodforClassA()，就會造成編譯問題

抽象類別 v.s 介面

抽象類別跟介面看似都可讓類別重新定義屬性與方法，但應用情境不同：
抽象類別：父類希望將實現細節留給子類，希望確保所有子類都滿足父類的結構
介面：希望兩個系統 / 類別 / 組件相互溝通時

介面可看作抽象方法的一種，與抽象類別本體定義方式相同，差異在內部成員定義方式：