Java 自學筆記 02 - OOP

發表於 2024-03-18 分類於 Java 閱讀次數：文章字數： 941 所需閱讀時間 ≈ 4 分鐘

Java OOP

Java 是一個物件導向的程式語言，重點在於如何定義物件之間的互動，Object Oriented Programming (OOP) 的三大特性分別是: Encapsulation (封裝)、Inheritance (繼承) 與 Polymorphism (多型) 。

Encapsulation (封裝)

所謂封裝(Encapsulation)，是指class A的設計者可以指定其他的class能否存取A的某個member。

Access Modifier

類別中每個 member 的權限都是分開控制的，存取範圍的大小是public > protected > package > private。

private: 只有A自己才可以存取，使用keyword private
package (default): 只有和A同一個package的class才可以存取，沒有相對應的keyword
protected: 只有同一個package或是A的子類別才可以存取，使用keyword protected
public: 所有的class都可以存取，使用keyword public

Package

對應到資料夾名稱，不同層的資料夾視為不同封包:

1 2	package math; package math.geometry;

要使用封包內的類別:

1 2	import math.BasicMath; import math.geometry.*;

Inheritance (繼承)

Java使用關鍵字extends來表達繼承，若class宣告時沒有指定extends，則Java會自動extends java.lang.Object。

public class Animal {
    public String moveMethod() {
        return "Unspecified";
    }
}
public class Bird extends Animal {
    public String moveMethod() {
        return "Fly";
    }
}

Override (覆寫)

子類別重新定義它所能看到的父類別中的 method (如 public、protected，如果子類別和父類別在同一個 package 裡，則沒有修飾字的method也可以)，稱為override。

如果子類別看不到父類別的方法 (如父類別的 private 方法，或子父類別不在同一個 package 而子類別定義了父類別內的 package method)，則就算定義了同樣的 method 也不是override
重複定義 static method 也不算 override
子類別不可縮小父類別方法的存取範圍

public class C2 {
    public void a() {}
}
public class C1 extends C2 {
    protected void a() { // Compile Error，不得縮小存取範圍
    }
}

final 修飾字

final 除可用來修飾變數外，也可放在class和object method前面:

public final class FinalClass {
    public final void finalMethod() {
    }
}

final放在class前面表示class不可被繼承，放在object method表示不可被Override。

Polymorphism (多形)

UpCasting (向上轉型)

子類別可以向上相容於父類別，舉例來說，Bird 是一種 Animal，所以可以順利向上轉型。

1
2
3

Animal a;
Bird b;
a = b; // upcasting, Bird is a kind of Animal

DownCasting (向下轉型)

相反的，父類別並不能像下相容子類別，因為 Animal 並不一定都是 Bird，如果要向下轉型必須要強制casting。

Animal a = new Bird(); // upcasting
Bird b;
b = (Bird)a; // downcasting, compile correct
if (a instanceof Bird) { // true
}

InheritanceExample.java

public class InheritanceExample {
    public static void main(String[] argv) {
        Animal a1, a2, a3, a4;
        Bird b;
        Dog d;
        Fish f;
        a2 = a1 = new Animal();
        b = new Bird();
        d = new Dog();
        f = new Fish();
        System.out.println(a1.moveMethod());
        System.out.println(b.moveMethod());
        System.out.println(d.moveMethod());
        System.out.println(f.moveMethod());
        a1 = b; // Correct, we call this upcasting
        b = a1; // Compile Error, type not compatible
        b = (Bird)a1; // downcasting, Compile Correct
        a2 = b; // Correct,we call this upcasting
        d = a2; // Compile Error, type not compatible
        d = (Dog)a2; // Compile Correct, but runtime error
    }
}

instanceof 關鍵字

用來判斷某 reference 所指到的物件與類別是否相容 (including upcasting):

Object ref;
ref = new Bird();
if (ref instanceof Animal) { // correct
    System.out.println("ref is currently pointing to an Animal Object.");
}

Virtual Function(虛擬函數)

當父類別 reference 到子類別的 object，ex: Animal a = new Bird()，如果子類別 override 父類別的 method，java 會呼叫子類別的方法，也就是 Virtual Function，(如果是呼叫父類別的方法就是 Non-Virtual Function)。

public class InheritanceExample {
    public static void main(String[] argv) {
        Animal a1;
        a1 = new Animal();
        System.out.println(a1.moveMethod()); // print out "Unspecified"
        a1 = new Bird(); // polymorphism
        System.out.println(a1.moveMethod()); // print out "Fly"
    }
}

要注意 override 的範圍，只有被 override 的 method 才會呼叫 virtual function，舉例來說，static method 、private method 不能被 override，所以也不會有 virtual function。

class Animal {
    private String moveMethod() {
        return "Unspecified";
    }
    public static void main(String[] argv) {
        Animal a1;
        a1 = new Bird();
        System.out.println(a1.moveMethod()); // print out "Unspecified"
    }
}
class Bird extends Animal {
    // this is not override because Bird can't see Animal's moveMethod
    public String moveMethod() {
        return "Fly";
    }
}

參考資料

https://programming.im.ncnu.edu.tw/J_index.html