繼承與多型

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繼承與多型

學習目標

• 瞭解繼承目的

• 瞭解繼承與多型的關係

• 知道如何重新定義方法

• 認識 java.lang.Object

• 簡介垃圾收集機制

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繼承共同行為

• 假設你在正開發一款 RPG （ Role-playing

game ）遊戲，一開始設定的角色有劍士與魔法師…

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繼承共同行為

• 如果要改進，可以把相同的程式碼提昇

（ Pull up ）為父類別…

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繼承共同行為

• 接著 SwordsMan 可以如下繼承 Role ：

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繼承共同行為

• Magician 也可以如下定義繼承 Role 類別

：

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繼承共同行為

• 如何看出確實有繼承了呢？

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多型與 is-a

• 子類別只能繼承一個父類別

• 繼承可避免類別間重複的行為定義

• 子類別與父類別間會有 is-a 的關係

– SwordsMan 是一種 Role （ SwordsMan is a Role ）

– Magician 是一種 Role （ Magician is a Rol e ）

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多型與 is-a

• 要開始理解多型（ Polymorphism ），必須先知道你操作的物件是「哪一種」東西

• 可以通過編譯：

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多型與 is-a

• 以下的程式片段也可以通過編譯？

• 以下的程式片段為何無法通過編譯呢？

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多型與 is-a

• 將自己當作編譯器，從 = 號右邊往左讀：右 邊是不是一種左邊呢（右邊型態是不是左邊型態的子類別）？

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多型與 is-a

• 以下編譯失敗：

• 以下的程式片段是否可以通過編譯：

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多型與 is-a

• 如果你不想要編譯器囉嗦，可以叫它住嘴：

• 執行時期並不會出錯

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多型與 is-a

• 以下的程式片段編譯可以成功：

• 執行時期發生錯誤

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多型與 is-a

• 以下編譯成功，執行也沒問題：

• 以下程式片段會編譯失敗：

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多型與 is-a

• 以下程式片段編譯成功，執行時也沒問題：

• 以下程式片段編譯成功，但執行時拋出 ClassCastException ：

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多型與 is-a

• 好像只是在玩弄語法？

• 設計 static 方法，顯示所有角色的血量 …

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多型與 is-a

• 重載方法的運用

• 如果有一百個角色呢？重載出一百個方法？

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多型與 is-a

• 這些角色都是一種 Role

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多型與 is-a

• 什麼叫多型？以抽象講法解釋，就是使用單一介面操作多種型態的物件！

• 若用以上的範例來理解，在 showBlood() 方法中，既可以透過 Role 型態操作

SwordsMan 物件，也可以透過 Role 型態操作 Magician 物件。

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重新定義行為

• 請設計 static 方法，可以播放角色攻擊動畫 …

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重新定義行為

• 對 drawFight() 方法而言，只知道傳進來的會是一種 Role 物件，所以編譯器也只能檢查你呼叫的方法， Role 是不是有定義

• 仔細觀察一下 SwordsMan 與 Magician 的 fight() 方法的方法簽署（ method

signature ） …

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重新定義行為

• 將 fight() 方法提昇至 Role 類別中定義：

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重新定義行為

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重新定義行為

• 如果傳入 fight() 的是

SwordsMan ， role 參數參考的就是

SwordsMan 實例，操作的就是 SwordsMan 上的方法定義：

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重新定義行為

• 如果傳入 fight() 的是 Magician ， role 參數參考的就是 Magician 實例，操作的就是 Magician 上的方法定義：

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重新定義行為

• 在重新定義父類別中某個方法時，子類別必須撰寫與父類別方法中相同的簽署

• 如果疏忽打錯字了…

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重新定義行為

• 在 JDK5 之後支援標註（ Annotation ）

• @Override 要求編譯器檢查，該方法是不是真的重新定義了父類別中某個方法

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抽象方法、抽象類別

• 上一個範例中 Role 類別的定義

中， fight() 方法區塊中實際上沒有撰寫任何程式碼

• 沒有任何方式強迫或提示子類別一定要實作 fight() 方法

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• 如果某方法區塊中真的沒有任何程式碼實作，可以 使用 abstract 標示該方法為抽象方法（ Abstract method ）

• 內含抽象方法的類別，一定要在 class 前標示

abstract ，如上例所示，這表示這是一個定義不 完整的抽象類別（ Abstract class ）

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• 如果嘗試用抽象類別建構實例，就會引發編譯錯誤：

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• 子類別如果繼承抽象類別，對於抽象方法有兩種作法

– 繼續標示該方法為 abstract （該子類別因此也是個抽象類別，必須在 class 前標示

abstract ） – 實作抽象方法

• 兩個作法都沒實施，就會引發編譯錯誤：

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protected 成員

• 上一節的 RPG 遊戲來說，如果建立了一個角色，想顯示角色的細節，必須如下撰寫：

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• 可以在 SwordsMan 或 Magician 上定義個 toString() 方法，傳回角色的字串描述：

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• 客戶端就可以如下撰寫：

• 不過因為 Role 中的 name 、 level 與 blood 被定義為 private ，所以無法直接於子類別中存取，只能透過 getName() 、 getLevel()

、 getBlood() 來取得

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• 只想讓子類別可以直接存取 name 、 level 與 blood 的話，可以定義它們為

protected ：

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重新定義的細節

• 有時候重新定義方法時，並非完全不滿意父類別中的方法，只是希望在執行父類別中方法的前、後作點加工

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• 如果想取得父類別中的方法定義，可以於呼 叫方法前，加上 super 關鍵字

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• 可以使用 super 關鍵字呼叫的父類別方法，

不能定義為 private

• 對於父類別中的方法權限，只能擴大但不能縮小

– 若原來成員 public ，子類別中重新定義時不可為 private 或 protected

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• 在 JDK5 之前…

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• 在 JDK5 之後，重新定義方法時，如果返回型態是父類別中方法返回型態的子類別，也是可以通過編譯的，圖 6.11 的例子，在

JDK5 中並不會出現編譯錯誤

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再看建構式

• 在建構子類別實例後，會先進行父類別定義的初始流程，再進行子類別中定義的初始流程

• 也就是建構子類別實例後，會先執行父類別建構式定義的流程，再執行子類別建構式定義的流程

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再看建構式

• 如果子類別建構式中沒有指定執行父類別中哪個建構式，預設會呼叫父類別中無參數建構式

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再看建構式

• 如果想執行父類別中某建構式，可以使用

super() 指定：

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再看建構式

• 當你這麼撰寫時：

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再看建構式

• 等於你這麼撰寫：

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再看建構式

• 知道以下為什麼會編譯錯誤嗎？

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再看 final 關鍵字

• 如果在指定變數值之後，就不想再改變變數值，可以在宣告變數時加上 final 限定

• 如果物件資料成員被宣告為 final ，但沒有明確使用 = 指定值，那表示延遲物件成員值的指定，在建構式執行流程中，一定要有對該資料成員指定值的動作

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• 如果 class 前使用了 final 關鍵字定義，

那麼表示這個類別是最後一個了，不會再有子類別，也就是不能被繼承

– String 在定義時就限定為 final

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• 打算繼承 final 類別，則會發生編譯錯誤：

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• 定義方法時，也可以限定該方法為 final ， 這表示最後一次定義方法了，也就是子類別 不可以重新定義 final 方法

– java.lang.Object 上有幾個 final 方法

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• 如果你嘗試在繼承父類別後，重新定義 final 方法，則會發生編譯錯誤：

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java.lang.Object

• 定義類別時沒有使用 extends 關鍵字指定繼承任何類別，則繼承

java.lang.Object

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• Java 中所有物件，一定「是一種」 Object

• 如果有個需求是使用陣列收集各種物件，那該宣告為什麼型態呢？答案是 Object[] ！

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• 以下定義的 ArrayList 類別，可以不限長度地收集物件：

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• java.lang.Object 是所有類別的頂層父類別

• Object 上定義的方法，所有物件都繼承下來了，只要不是被定義為 final 的方法，都可以重新定義

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• Object 的 toString() 預設定義為：

• 6.2.1 的範例中， SwordsMan 等類別，是重新定義了 toString()

• 許多方法若傳入物件，預設都會呼叫 toString()

– 例如 System.out.print() 等方法

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• 6.2.1 的這個程式片段：

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• 在 Java 中要比較兩個物件的實質相等性，並不是使用 == ，而是透過 equals() 方法

• equals() 方法是 Object 類別就定義的方法

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• instanceof 運算子可以用來判斷物件是否 由某個類別建構，左運算元是物件，右運算元是類別

• 編譯器會檢查左運算元型態是否在右運算元型態的繼承架構

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• 執行時期，並非只有左運算元物件為右運算元類別直接實例化才傳回 true ，只要左運算元型態是右運算元型態的子類

型， instanceof 也是傳回 true

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關於垃圾收集

• JVM 有垃圾收集（ Garbage Collection, GC ）機制，收集到的垃圾物件所佔據的記憶體空間，會被垃圾收集器釋放

• 執行流程中，無法透過變數參考的物件，就是 GC 認定的垃圾物件

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關於垃圾收集

• 假設你有一個類別：

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關於垃圾收集

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關於垃圾收集

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關於垃圾收集

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關於垃圾收集

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再看抽象類別

• 開發一個猜數字遊戲 …

• 老闆皺著眉頭說：「我有說要在文字模式下執行這個遊戲嗎？」

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再看抽象類別

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再看抽象類別

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再看抽象類別