Java在線教程–接口篇
Interfaces 接口
在軟件工程中，由一份“契約”規(guī)定來(lái)自不同的開(kāi)發(fā)小組的軟件之間如何相互作用是非常常見(jiàn)的。每個(gè)小組都可以在不知道別的組的代碼的前提下獨(dú)立開(kāi)發(fā)自己的代碼。Java中的interface就是這樣的一份“契約”。
舉個(gè)例子，假設(shè)在未來(lái)社會(huì)有一種智能汽車，它可以在自動(dòng)運(yùn)載旅客而不需要人工操作。汽車生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)了軟件（當(dāng)然是用Java）來(lái)控制這種汽車停止，發(fā)動(dòng)，加速，左轉(zhuǎn)等等。電子導(dǎo)航儀器生產(chǎn)商負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)接受GPS位置數(shù)據(jù)和交通狀況無(wú)線傳輸?shù)碾娔X系統(tǒng)，并且應(yīng)用這些信息來(lái)駕駛汽車。
汽車生產(chǎn)商必須公布工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)interface，該interface需詳細(xì)解釋哪些methods可以用于控制汽車運(yùn)動(dòng)（該標(biāo)準(zhǔn)適用于任何汽車，任何生產(chǎn)商）。導(dǎo)航系統(tǒng)生產(chǎn)商就可以應(yīng)用這個(gè)interface所介紹的各種methods來(lái)控制汽車。任何一個(gè)工業(yè)廠商都不需了解其他廠商是如何實(shí)現(xiàn)他們的軟件的。事實(shí)上，只要大家都嚴(yán)格遵守所公布的interface，每個(gè)廠商對(duì)其自己的軟件都有高度所有權(quán)，并且保有隨時(shí)修改的權(quán)利。
在java中的interface
在java編程語(yǔ)言里，一個(gè)interface是引用類型（reference），它與class相似，因此只能包含常量（constants），方法簽名（method signatures）和嵌套類型（nested types）。Interface不得含有方法的具體代碼（method body）。 Interface 不可被實(shí)例化（instantiated），只能被其它c(diǎn)lass實(shí)現(xiàn)（implemented）或者被其它interface繼承。
定義一個(gè)interface與創(chuàng)建一個(gè)新類類似：
- public interface OperateCar {
- // constant declarations, if any
- // method signatures
- // An enum with values RIGHT, LEFT
- int turn(Direction direction,
- double radius,
- double startSpeed,
- double endSpeed);
- int changeLanes(Direction direction,
- double startSpeed,
- double endSpeed);
- int signalTurn(Direction direction,
- boolean signalOn);
- int getRadarFront(double distanceToCar,
- double speedOfCar);
- int getRadarRear(double distanceToCar,
- double speedOfCar);
- ……
- // more method signatures
- }
如想使用上面這個(gè)interface，你需要寫(xiě)一個(gè)class來(lái)實(shí)現(xiàn)它。當(dāng)一個(gè)可被實(shí)例化的class實(shí)現(xiàn)某個(gè)接口時(shí)，它需要提供所有該interface所聲明的所有方法（methods）的具體代碼。
在上面的自動(dòng)化汽車的例子中，汽車生產(chǎn)商即是接口實(shí)現(xiàn)者。由雪佛蘭公司的實(shí)現(xiàn)方法當(dāng)然不同于本田公司的方法，但是它們都遵循同一個(gè)接口。 導(dǎo)航系統(tǒng)生產(chǎn)商是這個(gè)接口的使用者，他們的系統(tǒng)將根據(jù)汽車方位的GPS數(shù)據(jù)，數(shù)字化地圖和交通情況來(lái)駕駛汽車。因此，這個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)將會(huì)涉及以下的方法（methods）： 轉(zhuǎn)彎，切道，剎車，加速等等。
API 接口
自動(dòng)化汽車的例子展示了interface在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口（API, Application Programming Interface）中的應(yīng)用. 在商業(yè)軟件中，API也很常見(jiàn)。 通常來(lái)說(shuō)， 一個(gè)公司發(fā)售的軟件包中會(huì)含有其他公司希望應(yīng)用在自己的產(chǎn)品中的復(fù)雜方法（methods）。比如一個(gè)包含了數(shù)字圖形處理方法的軟件包就可以出售給開(kāi)發(fā)終端客戶圖像軟件的公司。購(gòu)買后，該公司就可以應(yīng)用interface所定義的方法。當(dāng)圖像處理公司向所有客戶公開(kāi)它的API的同時(shí)，這些API的實(shí)現(xiàn)方法是高度保密的。事實(shí)上，只要保留住原始的interface不被改變，這些API的實(shí)現(xiàn)方法很可能在將來(lái)被重寫(xiě)。
Interfaces 和多重繼承
在java編程語(yǔ)言里，interface還有另外一個(gè)重要作用。 盡管Interface是與類一起使用的，但它并不是類的層次結(jié)構(gòu)的一部分。java編程語(yǔ)言不支持多重繼承，但是interface提供了替代方案。
在java中，一個(gè)類只能繼承于單一的類，但是它可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口。因此，對(duì)象可以有多重類型：屬于它自身類的類型，和屬于它所繼承的所有接口的類型。這意味著，如果聲明一個(gè)變量是某個(gè)接口類型，這個(gè)變量可以指代任何實(shí)現(xiàn)該接口的類的實(shí)例。這部分會(huì)在“使用接口類型”中詳細(xì)討論。
定義一個(gè)interface
一個(gè)接口的定義是由 修飾詞（modifiers），關(guān)鍵詞 interface， 接口名稱，由逗號(hào)分隔開(kāi)的父接口（parent interfaces），和接口實(shí)體（interface body）。
例子如下：
- public interface GroupedInterface extends Interface1, Interface2, Interface3 {
- // constant declarations
- // base of natural logarithms
- double E = 2.718282;
- // method signatures
- void doSomething (int i, double x);
- int doSomethingElse(String s);
- }
Public規(guī)定了這個(gè)接口可以被任何包中的任何類所使用。如果你聲明這個(gè)接口是public的，它只能被同一個(gè)包里的類所使用。
一個(gè)接口可以繼承其它接口，就像一個(gè)類能后繼承其它類一樣。但是類只能繼承一個(gè)父類，而接口卻可以繼承任何數(shù)目的接口。
接口實(shí)體（interface body）
接口實(shí)體中含有它所包含的所有方法的聲明。每個(gè)聲明都以引號(hào)為結(jié)束，因?yàn)榻涌诓挥脤?shí)現(xiàn)它所聲明的方法。接口中所有的方法都默認(rèn)是public的，因此修飾詞public可以被省略。
接口還可以聲明常量。同樣的，常量的修飾詞public, static和final可以被省略。
接口的實(shí)現(xiàn)
為了聲明某個(gè)類實(shí)現(xiàn)了某個(gè)接口，你需要在類的聲明中使用implements。你的類可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口，所以implements關(guān)鍵詞后面可以跟隨多個(gè)由逗號(hào)分隔的接口名稱。為了方便，implements關(guān)鍵詞多跟在extends關(guān)鍵詞的后面。
一個(gè)接口實(shí)例—Relatable
Relatable是一個(gè)用來(lái)比較兩個(gè)對(duì)象大小的接口。
- public interface Relatable {
- // this (object calling isLargerThan)
- // and other must be instances of
- // the same class returns 1, 0, -1
- // if this is greater // than, equal
- // to, or less than other
- public int isLargerThan(Relatable other);
- }
如果你想比較兩個(gè)相似的對(duì)象的大小，不管該對(duì)象屬于什么類，這個(gè)類需要實(shí)現(xiàn)Relatable接口。
只要有辦法可以比較對(duì)象的相對(duì)大小，任何類都可以實(shí)現(xiàn)Relatable接口。對(duì)字符串來(lái)說(shuō)，可以比較字符數(shù)；對(duì)書(shū)來(lái)說(shuō)，可以比較頁(yè)數(shù)；對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，可以比較體重。對(duì)平面幾何對(duì)象來(lái)說(shuō)，比較面積是很好的選擇；對(duì)三維對(duì)象來(lái)說(shuō)，就需要比較體積了。所有以上的類都能實(shí)現(xiàn)int isLargerThan()方法。
如果你知道某個(gè)類實(shí)現(xiàn)了Relatable接口，你可以比較從這個(gè)類實(shí)例化的對(duì)象了。
Relatable接口的實(shí)現(xiàn)
下面是一個(gè)三角形類，它實(shí)現(xiàn)了Relatable接口。
- public class RectanglePlus
- implements Relatable {
- public int width = 0;
- public int height = 0;
- public Point origin;
- // four constructors
- public RectanglePlus() {
- origin = new Point(0, 0);
- }
- public RectanglePlus(Point p) {
- origin = p;
- }
- public RectanglePlus(int w, int h) {
- origin = new Point(0, 0);
- width = w;
- height = h;
- }
- public RectanglePlus(Point p, int w, int h) {
- origin = p;
- width = w;
- height = h;
- }
- // a method for moving the rectangle
- public void move(int x, int y) {
- origin.x = x;
- origin.y = y;
- }
- // a method for computing
- // the area of the rectangle
- public int getArea() {
- return width * height;
- }
- // a method required to implement
- // the Relatable interface
- public int isLargerThan(Relatable other) {
- RectanglePlus otherRect
- = (RectanglePlus)other;
- if (this.getArea() < otherRect.getArea())
- return -1;
- else if (this.getArea() > otherRect.getArea())
- return 1;
- else
- return 0;
- }
- }
使用接口類型
在你定義一個(gè)新的接口時(shí)，你其實(shí)在定義一個(gè)新的引用類型。在你能使用數(shù)據(jù)類型名稱的地方，都可以使用接口名稱。如果你定義了一個(gè)類型為接口的引用變量，該變量能指向的對(duì)象所在的類必須實(shí)現(xiàn)了該接口。
下例是一個(gè)在一對(duì)對(duì)象中返回較大對(duì)象的方法：
- public Object findLargest(Object object1, Object object2) {
- Relatable obj1 = (Relatable)object1;
- Relatable obj2 = (Relatable)object2;
- if ((obj1).isLargerThan(obj2) > 0)
- return object1;
- else
- return object2;
- }
通過(guò)把數(shù)據(jù)類型object1轉(zhuǎn)換成Relatable，對(duì)象obj1可以調(diào)用isLargerThan方法。
同理，只要是實(shí)現(xiàn)了Relatable的類，也可以使用下面的方法。
- public Object findSmallest(Object object1, Object object2) {
- Relatable obj1 = (Relatable)object1;
- Relatable obj2 = (Relatable)object2;
- if ((obj1).isLargerThan(obj2) < 0)
- return object1;
- else
- return object2;
- }
- public boolean isEqual(Object object1, Object object2) {
- Relatable obj1 = (Relatable)object1;
- Relatable obj2 = (Relatable)object2;
- if ( (obj1).isLargerThan(obj2) == 0)
- return true;
- else
- return false;
- }
這些方法適用于任何“Relatable”的類，而無(wú)關(guān)它們的繼承關(guān)系。實(shí)現(xiàn)了Relatable的類，它們既屬于自身（或者父類）的類型，也屬于Relatable類型。這使得它們具有了多重繼承的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兛梢酝瑫r(shí)具備父類和接口的行為。
重寫(xiě)接口
假設(shè)你開(kāi)發(fā)了一個(gè)接口名為DoIt:
- public interface DoIt {
- void doSomething(int i, double x);
- int doSomethingElse(String s);
- }
然后，你想加入一個(gè)新的方法在這個(gè)接口里，因此代碼變成：
- public interface DoIt {
- void doSomething(int i, double x);
- int doSomethingElse(String s);
- boolean didItWork(int i, double x, String s);
- }
如果你這么修改了，所有實(shí)現(xiàn)了舊的DoIt接口的類都會(huì)出錯(cuò)，因?yàn)樗鼈儾辉僬_的實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口。所有使用這個(gè)接口的程序員會(huì)嚴(yán)重抗議你的修改。
你需要預(yù)估你的接口用戶的需求，并從開(kāi)始就完善的設(shè)計(jì)好這個(gè)接口。但是這常常是無(wú)法做到的。另一個(gè)解決方法就是再寫(xiě)一個(gè)接口。例如，你可以寫(xiě)一個(gè)DoItPlus的接口繼承原有的接口。
- public interface DoItPlus extends DoIt {
- boolean didItWork(int i, double x, String s);
- }
現(xiàn)在你的用戶可以選擇繼續(xù)使用舊接口DoIt，或是升級(jí)的新接口DoItPlus。
總結(jié)
接口就是兩個(gè)對(duì)象間的溝通協(xié)議。
一個(gè)接口的聲明包含一些方法的簽名（signatures），但不需要實(shí)現(xiàn)它們；也可能含有一些常量。
實(shí)現(xiàn)某接口的類必須實(shí)現(xiàn)該接口所聲明的所有的方法。
在任何使用類型名稱的地方都可以使用接口的名字。
