Learning Objectives
- 用 interface 定義「能做什麼」，用 implements 讓類別實作，並記得實作的方法要寫 public
- 讓一個類別實作多個介面，用介面型別的變數指向不同類別的物件
- 說明 default 方法、static 方法與介面常數的用途
- 分辨抽象類別與介面，依情況選用
- 實作 Comparable 讓自己的物件可以排序，並用 record 簡潔地寫出只裝資料的類別
為什麼需要介面
第 10 課用父類別 Animal 統一處理狗和貓。可是有些共通點不適合用繼承表達：鴨子、魚、游泳選手都「會游泳」，
它們卻不是同一種東西，也不可能有共同的父類別。而且 Java 的類別只能繼承一個父類別。
介面（interface）描述的是「能做什麼」，不管你是什麼：
interface Swimmer {
void swim(); // 只說「要有 swim()」，不寫怎麼做
}
class Duck implements Swimmer { // Duck 承諾：我會 swim()
public void swim() { System.out.println("鴨子划水"); }
}
interface裡的方法只有標頭、沒有本體，預設就是public abstract（公開、抽象），不必寫出來- 類別用
implements實作介面，必須寫出介面裡每一個抽象方法，否則無法編譯 - 實作的方法一定要加
public。介面方法是public，覆寫時存取權限不能變小，忘了寫會編譯錯誤：attempting to assign weaker access privileges; was public
介面就像一份合約：只要簽了（implements），別人就可以放心呼叫合約上的方法，不必知道你是哪個類別。
一個類別實作多個介面
Duck 同時實作 Swimmer 和 Flyer，所以同一隻鴨子可以放進 Swimmer[]，也可以交給 Flyer 型別的變數。race 方法只認得 Swimmer，它不知道也不在乎陣列裡是鴨子還是魚。
default 方法、static 方法與常數
早期的介面只能有抽象方法。Java 8 起，介面還可以有兩種有本體的方法：
interface Greeter {
String PREFIX = "【Uedu】"; // 常數
String name(); // 抽象方法
default String greet() { // default 方法
return PREFIX + "你好，我是 " + name();
}
static String line(int n) { // static 方法
return "-".repeat(n);
}
}
| 成員 | 寫法 | 說明 |
|---|---|---|
| 抽象方法 | String name(); |
預設 public abstract，實作類別一定要寫 |
| default 方法 | default String greet() { … } |
有預設的實作；實作類別可以直接用，也可以覆寫 |
| static 方法 | static String line(int n) { … } |
屬於介面本身，用 Greeter.line(5) 呼叫；實作類別不會繼承它 |
| 常數 | String PREFIX = "…"; |
介面的欄位一律是 public static final，宣告時就要給值，之後不能修改 |
default 方法讓函式庫可以替已經存在的介面加上新方法，而不會讓所有實作它的舊類別無法編譯（舊類別直接沿用預設的實作）。
注意介面沒有一般的欄位：它不能記住每個物件各自的資料，所以 greet() 要取得名字，只能呼叫抽象方法 name()，由實作類別提供。
用預設的實作，或覆寫它
Student 沒有寫 greet()，所以第 34 行進入的是介面的 default 方法 Greeter.greet()，它再呼叫 Student 寫的 name()。Robot 覆寫了 greet()，第 35 行就進入 Robot.greet()。
想一想：介面的規則
下面的程式能不能編譯？會印出什麼？
interface Speaker {
void speak();
}
class Dog implements Speaker {
void speak() { System.out.println("汪"); }
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Speaker s = new Dog();
s.speak();
}
}
下面的程式會印出什麼？
interface Shape {
double area();
default String describe() { return "面積 " + area(); }
}
class Sq implements Shape {
public double area() { return 4; }
}
class Big implements Shape {
public double area() { return 100; }
public String describe() { return "很大"; }
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Shape a = new Sq();
Shape b = new Big();
System.out.println(a.describe() + "／" + b.describe());
}
}
下面的程式能不能編譯？
interface Config {
int MAX = 10;
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Config.MAX = 20;
System.out.println(Config.MAX);
}
}
抽象類別
第 10 課的 Shape 讓 area() 回傳 0，其實很勉強：「一個形狀」的面積根本沒有意義。更好的寫法是把它宣告成抽象：
abstract class Shape {
String name; // 抽象類別可以有欄位
Shape(String name) { … } // 也可以有建構子
abstract double area(); // 抽象方法：沒有本體，以分號結尾
void show() { … area() … } // 也可以有寫好的方法
}
- 有抽象方法的類別一定要宣告成
abstract - 抽象類別不能直接
new（Shape is abstract; cannot be instantiated），只能new它的子類別 - 子類別必須覆寫所有抽象方法；沒有全部覆寫的話，子類別也必須宣告成
abstract - 抽象類別仍然是類別：可以有欄位、建構子、
private方法，子類別用extends繼承，而且只能繼承一個
抽象類別留下的空格
show() 是 Shape 寫好的方法，所有子類別共用；它在第 12 行呼叫的 area() 是抽象方法，執行時依物件分別進入 Square.area() 與 Triangle.area()。
抽象類別還是介面？
| 抽象類別（abstract class） | 介面（interface） | |
|---|---|---|
| 表達的關係 | 「是一種」：Square 是一種 Shape | 「能做到」：Duck 能 Swim |
| 一個類別可以有幾個 | 只能 extends 一個 |
可以 implements 很多個 |
| 欄位 | 可以有一般欄位，每個物件各一份 | 只有 public static final 常數 |
| 建構子 | 可以有 | 沒有 |
| 方法 | 抽象方法、一般方法都可以，存取修飾字不限 | 抽象方法、default 方法、static 方法 |
| 何時選用 | 幾個類別關係密切，要共用欄位與程式碼 | 不相關的類別要提供同一種能力；想讓類別保有繼承別人的自由 |
一般的建議是：先想介面，因為它不會占用類別唯一的繼承機會；當你發現好幾個實作需要共用欄位與程式碼時，再加一個抽象類別。
兩者也可以一起用，例如 abstract class Animal implements Comparable<Animal>。
函式介面：只有一個抽象方法的介面（例如 Comparator、Runnable）叫做函式介面，可以用 Lambda 表示式簡潔地寫出實作，第 17 課會詳細介紹。
Comparable：讓物件可以排序
Arrays.sort 可以排整數、字串，因為 Java 知道數字和字串要怎麼比大小。你自己寫的 Student，Java 不知道要比姓名還是分數。
做法是實作 Java 內建的 Comparable<T> 介面，它只有一個方法：
public int compareTo(T other);
回傳值的意義：負數表示 this 排在 other 前面、0 表示一樣、正數表示 this 排在後面。
比較整數時用 Integer.compare(a, b)，它會依 a 小於、等於、大於 b 回傳 -1、0、1。
（也常看到 return this.score - other.score;，數值很大時相減可能溢位，Integer.compare 比較安全。）
Comparable<Student> 角括號裡的型別表示「和誰比」，這是泛型的寫法，第 13、14 課會再說明。
String、Integer 都已經實作 Comparable，所以可以直接排序。
依分數排序學生
第 29 行直接呼叫 compareTo，看它回傳什麼。第 30 行的 Arrays.sort 在排序過程中會自己呼叫 compareTo 比較兩個學生，你只負責定義「誰排前面」。排序之後，右邊陣列格子裡的箭頭順序會改變。
record：只裝資料的類別
很多類別只是用來裝幾個資料，卻要寫一大堆：private final 欄位、建構子、getter、toString、equals。
Java 16 起正式提供 record，一行就宣告完成：
record Book(String title, int price) { }
編譯器會自動產生：
- 兩個
private final欄位title、price（建立之後不能修改） - 依參數順序的建構子
new Book("Java 入門", 450) - 存取方法
title()、price()（注意不是getTitle()） toString()（印出Book[title=Java 入門, price=450]）、依內容比較的equals()與hashCode()
record 可以實作介面、可以加方法，也可以寫精簡建構子（compact constructor）：只寫 Book { … }，不用列參數，用來檢查資料。
record 不能 extends 其他類別，也不能再加一般的實例欄位。適合座標、成績紀錄、商品資料這類「建立之後就不再改變」的資料。
實作介面的 record
Book 只有一行宣告，加上一個檢查價格的精簡建構子。注意第 22 行直接印出物件、第 23 行用 title() 讀資料，第 24 行用的是介面 Priced 的 default 方法：record 實作的 price() 剛好就是介面要求的抽象方法。
想一想：抽象類別、Comparable 與 record
下面的程式會怎樣？
abstract class Shape {
abstract double area();
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Shape s = new Shape();
System.out.println(s.area());
}
}
下面的程式會印出什麼？
import java.util.Arrays;
class Item implements Comparable<Item> {
String name;
int price;
Item(String name, int price) { this.name = name; this.price = price; }
public int compareTo(Item o) {
return Integer.compare(o.price, this.price);
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Item[] items = { new Item("筆", 30), new Item("書", 300), new Item("尺", 50) };
Arrays.sort(items);
for (Item it : items) System.out.print(it.name);
System.out.println();
}
}
下面的程式會印出什麼？
record Point(int x, int y) { }
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Point p = new Point(1, 2);
Point q = new Point(1, 2);
System.out.println(p + " " + p.equals(q));
}
}
Bird、Plane、Superman 彼此沒有關係，但都要提供 fly()，讓同一段程式可以讓它們一起起飛。最適合的設計是哪一個？
動手寫：依歌曲長度排序
Song 是一個 record，已經宣告要實作 Comparable<Song>。完成 compareTo，讓歌曲依秒數由短到長排序；秒數相同時，依歌名排序（字串也有 compareTo）。
重點回顧
- 介面描述「能做什麼」；類別用
implements實作，必須寫出所有抽象方法，而且要加public - 一個類別只能繼承一個父類別，但可以實作多個介面；介面型別的變數可以指向任何實作它的物件
- Java 8 起介面可以有 default 方法（有預設實作，可覆寫）與 static 方法（用介面名稱呼叫）；介面的欄位都是
public static final常數 - 抽象類別不能
new，可以有欄位、建構子、一般方法與抽象方法；適合關係密切、要共用程式碼的類別 - 實作
Comparable<T>的compareTo（負數排前、0 相同、正數排後），Arrays.sort就能排序你的物件 - record（Java 16 起）一行宣告只裝資料的類別，自動產生建構子、存取方法、
toString、equals，也可以實作介面