抽象：解碼 Java 中的接口

在 Java 中，介面充當類別必須遵守的契約。由於介面僅提供可以做什麼的知識（透過方法簽署）並且隱藏它是如何完成的（透過將實作留給那些實作介面），它實現了抽象。 什麼與如何的分離是抽象背後的核心思想。

在Java 8 中，介面的發展超越了純粹的抽象行為，支援預設 和靜態 方法來提高靈活性和向後相容性 。

這篇文章深入探討了介面、它們的主要特性以及介面和抽象類別之間的區別，並透過程式碼範例來幫助您掌握概念。

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什麼是介面？

Java 中的介面指定實作類別必須遵循的一組行為（方法）。它只包含方法簽章和常數。與抽象類別相比，介面透過使一個類別能夠實現多個介面來允許多重繼承。

介面的主要特點：

• 介面中的變數隱式是公共的、靜態的、最終的。

• 所有方法都是隱式公有和抽象的（Java 8 之前）。

• 一個類別可以實作多個介面，克服類別的單一繼承限制。

• 從Java 8開始，介面還可以包含預設方法和靜態方法，增強向後相容性。

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基礎：介面語法

package oops.interfaces;

public interface InterfaceBasics {

    // Variables are public, static, and final by default
    // Initialization can only be done with declaration (No Static Blocks)
    // Compiler Interpretation: public static final int id = 90;
    int id = 90;

    // Abstract method (public and abstract by default)
    // Compiler Interpretation: public abstract void abstractMethod();
    void abstractMethod();

    // Default method - Introduced in Java 8 (public by default)
    // Compiler Interpretation: public default void concreteMethod()
    default void concreteMethod() {
        System.out.println("Concrete Method Called");
    }

    // Static method - Introduced in Java 8 (public by default)
    // Compiler Interpretation: public static void staticMethod()
    static void staticMethod() {
        System.out.println("Static Method Called");
    }
}

關鍵概念解釋：

1。介面中的變數：

• public：任何實作該介面的類別都可以存取。
• static：可以直接使用介面名稱存取。
• Final：一旦初始化就防止值被修改，以確保一致性。

注意：靜態最終變數可以在宣告時或在靜態區塊內初始化。但是，由於介面不允許靜態區塊，因此這些變數必須在聲明期間初始化。

2。抽象方法：

• 這些是方法簽章，沒有任何主體或實作。
• 它們在介面中預設是公開的。
• 所有抽象方法必須由實作類別重寫。

3。預設方法：

• 在Java 8中引入，為介面中的方法提供預設實作。
• 這些方法預設是公共的。
• 實作類別可以覆蓋它們，但它不是強制性的。
• 這裡，「預設」不是存取修飾符；它只是表明該方法不是抽象的並且可以有具體的實現。
• 此功能可協助開發人員擴充現有介面，而不會破壞向後相容性。

4。靜態方法：

• 靜態方法屬於介面。
• 只能使用介面名稱存取它們。
• 這些方法預設是公共的。
• 它們不透過實作類別繼承。
• 靜態方法不能被覆蓋。

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用 Java 實作介面

package oops.interfaces;

public interface InterfaceBasics {

    // Variables are public, static, and final by default
    // Initialization can only be done with declaration (No Static Blocks)
    // Compiler Interpretation: public static final int id = 90;
    int id = 90;

    // Abstract method (public and abstract by default)
    // Compiler Interpretation: public abstract void abstractMethod();
    void abstractMethod();

    // Default method - Introduced in Java 8 (public by default)
    // Compiler Interpretation: public default void concreteMethod()
    default void concreteMethod() {
        System.out.println("Concrete Method Called");
    }

    // Static method - Introduced in Java 8 (public by default)
    // Compiler Interpretation: public static void staticMethod()
    static void staticMethod() {
        System.out.println("Static Method Called");
    }
}

關鍵概念解釋：

1. 方法存取:
   使用類別實例 obj 存取預設方法 (concreteMethod()) 和重寫方法 (abstractMethod())，示範如何呼叫這兩種類型的方法。

2. 存取介面變數:
   可以使用介面名稱 (InterfaceBasics.id) 和實作類別名稱 (InterfaceBasicsImpl.id) 來存取介面變數 id。這表示介面中的靜態最終變數是繼承的，允許實作類別引用該變數。

3. 靜態方法存取:
   靜態方法 staticMethod() 只能使用介面名稱 (InterfaceBasics.staticMethod()) 來呼叫。嘗試透過實作類別 (InterfaceBasicsImpl.staticMethod()) 存取它會導致編譯時錯誤，因為介面中的靜態方法不是繼承的。

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為什麼要使用預設方法和靜態方法？

1. 預設方法

• 在 Java 8 之前，向介面新增方法帶來了重大挑戰。任何新功能都需要更新所有實作類別，這通常會導致大型程式碼庫發生重大變更。

• 透過引入預設方法，介面現在可以為新方法提供具體實作，確保向後相容性。這意味著現有類別可以保持不變，同時仍受益於新功能。

• 這種設計選擇也為將流和 lambda 功能添加到集合框架鋪平了道路。

2. 靜態方法

• 靜態方法提供與介面相關的實用函數，不需要透過實作類別來覆寫。

• 透過將靜態方法綁定到介面本身並防止繼承，Java 避免了多個介面之間的方法名稱衝突可能引起的潛在歧義和混亂，通常稱為鑽石問題。

• 範例用例： 這是一個具有用於日誌記錄配置的靜態方法的介面的實際用例：

package oops.interfaces;

public interface InterfaceBasics {

    // Variables are public, static, and final by default
    // Initialization can only be done with declaration (No Static Blocks)
    // Compiler Interpretation: public static final int id = 90;
    int id = 90;

    // Abstract method (public and abstract by default)
    // Compiler Interpretation: public abstract void abstractMethod();
    void abstractMethod();

    // Default method - Introduced in Java 8 (public by default)
    // Compiler Interpretation: public default void concreteMethod()
    default void concreteMethod() {
        System.out.println("Concrete Method Called");
    }

    // Static method - Introduced in Java 8 (public by default)
    // Compiler Interpretation: public static void staticMethod()
    static void staticMethod() {
        System.out.println("Static Method Called");
    }
}

• 在此範例中，靜態方法 getDefaultLogFileName() 提供了一種擷取預設日誌檔案名稱的方法，同時保持實作簡潔並封裝在介面內。

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介面與抽象類別有何不同？

即使使用預設方法，介面仍然與抽象類別不同：

Aspect	Interface	Abstract Class
Methods	Can have abstract, default, and static methods	Can have abstract and non-abstract methods
Variables	Only public, static, and final variables	Can have any access modifier and instance variables
Inheritance	Supports multiple inheritance	Supports single inheritance
Constructors	Cannot have constructors	Can have constructors

方面 介面 抽象類別 標題> 方法 可以有抽象、預設和靜態方法 可以有抽象和非抽象方法 變數 僅限公用、靜態和最終變數 可以有任何存取修飾符和實例變數 繼承 支援多重繼承 支援單一繼承 建構子 不能有建構子 可以有建構子 表>

預設方法應該僅用於擴充現有介面需要向後相容的地方。它們不能取代抽象類別。

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有關介面的常見面試問題

1。介面變數可以修改嗎？

不，介面變數是隱式最終變量，這意味著它們的值一旦分配就不能更改。

package oops.interfaces;

public interface InterfaceBasics {

    // Variables are public, static, and final by default
    // Initialization can only be done with declaration (No Static Blocks)
    // Compiler Interpretation: public static final int id = 90;
    int id = 90;

    // Abstract method (public and abstract by default)
    // Compiler Interpretation: public abstract void abstractMethod();
    void abstractMethod();

    // Default method - Introduced in Java 8 (public by default)
    // Compiler Interpretation: public default void concreteMethod()
    default void concreteMethod() {
        System.out.println("Concrete Method Called");
    }

    // Static method - Introduced in Java 8 (public by default)
    // Compiler Interpretation: public static void staticMethod()
    static void staticMethod() {
        System.out.println("Static Method Called");
    }
}

2。我們可以宣告一個預設方法和靜態方法嗎？

不。 預設方法提供了可以透過實現類別覆蓋的具體實現，從而實現靈活性。相反，靜態方法屬於介面本身，不能被重寫，並提供實用功能。因此，兩者不能一起使用。

package oops.interfaces;

// A class implementing the InterfaceBasics interface
public class InterfaceBasicsImpl implements InterfaceBasics {

    // Mandatory: Override all abstract methods from the interface
    @Override
    public void abstractMethod() {
        System.out.println("Overridden Method Called");
    }

    public static void main(String[] args) {
        InterfaceBasics obj = new InterfaceBasicsImpl();

        // Calling interface's default and overridden methods
        obj.concreteMethod();  // Output: Default Method Called
        obj.abstractMethod();  // Output: Overridden Method Called

        // Accessing interface variables (static and final by default)
        // Interface variables are inherited
        // Possible with both interface name and implementing class name
        System.out.println(InterfaceBasics.id);        // Output: 90
        System.out.println(InterfaceBasicsImpl.id);    // Output: 90

        // Cannot assign a value to final variable 'id'
        InterfaceBasicsImpl.id = 100;  // --> Compile Error

        // Calling static method using interface name
        // Cannot access using implementing class name
        // Interface static methods are NOT inherited
        InterfaceBasics.staticMethod();  // Output: Static Method Called
    }
}

3。為什麼介面中的靜態方法不能被繼承？

靜態方法與介面本身相關聯，而不是與類別的任何特定實例相關聯，這意味著它們屬於整個介面。如果透過實作類別繼承靜態方法，則可能會導致呼叫哪個方法的歧義和混亂，特別是如果多個介面定義具有相同名稱的方法。

例如：

package oops.interfaces.example;

public interface Logger {

    // Using a variable to store the default log file name
    String DEFAULT_LOG_FILE_NAME = "application.log";

    // Static method to get the default log file name with configuration
    static String getDefaultLogFileName() {
        // Simulating configuration retrieval
        // Could be from a properties file or environment variable
        String logFileName = System.getenv("LOG_FILE_NAME");

        // If a log file name is set in the environment, return it;
        // Otherwise, return the default
        if (logFileName != null && !logFileName.isEmpty()) {
            return logFileName;
        } else {
            return DEFAULT_LOG_FILE_NAME;
        }
    }
}

public class FileLogger implements Logger {

    public static void main(String[] args) {
        // Using the interface variable
        String defaultLogFile = Logger.DEFAULT_LOG_FILE_NAME;

        // Using the static method
        if ("FILE".equals(System.getenv("LOG_TYPE"))) {
            defaultLogFile = Logger.getDefaultLogFileName();
        }

        System.out.println("Log file used: " + defaultLogFile);
    }
}

透過將靜態方法僅綁定到接口，Java 保持了清晰度並避免了方法解析中的潛在衝突，從而導致了臭名昭著的多重繼承鑽石問題。

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結論

Java 中的介面透過定義實作類別必須遵守的行為，在實作抽象方面發揮著至關重要的作用。隨著 Java 8 中 default 和 靜態方法 的引入，介面變得更加強大，允許向後相容並直接在介面內提供實用方法。

但是，介面並不能取代抽象類別。當您需要為行為定義契約時，尤其是當需要多重繼承時，應該使用它們。

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重點：

• 介面透過定義類別應該做什麼來提供抽象，而不指定如何做。

介面中的

• 變數總是公共的、靜態的和最終的。

• 預設方法和靜態方法，在 Java 8 中引入，允許介面內的向後相容性和實用程式實作。

• 介面中的靜態方法不會被繼承，確保其用法清晰。

了解如何以及何時使用介面不僅可以提高您的編碼技能，還可以幫助您為圍繞OOP 概念和Java 設計模式的面試問題做好準備。

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