15 июл. 2015 г.

Интерфейсы. Часть 1 – введение.

Чтобы было проще понять интерфейсы в Java, можно их представлять как полностью абстрактные классы, то есть классы все методы которых не имеют реализации, а только лишь объявлены. Но так было до Java 8, в которой появилась возможность создавать в интерфейсе реализацию метода по умолчанию. Интерфейсы так же могут содержать поля, но все они будут объявлены как final и static, то есть по существу являются константами. Кроме того, интерфейсы служат для реализации подобия множественного наследования в Java, которое в чистом виде в Java не поддерживается.

Как уже говорилось, унаследоваться (extends) в Java можно только от одного класса, каждый класс В или С происходит из неполной семьи, как показано на рисунке а ниже. Все классы происходят только от "Адама", от класса Object. Но часто возникает необходимость породить класс D от двух классов B и С, как показано на рисунке б. Это называется множественным наследованием (multiple inheritance). В множественном наследовании нет ничего плохого. Трудности возникают, если классы B и C сами порождены от одного класса А, как показано на рисунке в. Это так называемое "ромбовидное" наследование.

I0001

В самом деле, пусть в классе А определен метод f(), к которому мы обращаемся из некоторого метода класса D. Можем мы быть уверены, что метод f() выполняет то, что написано в классе А, т. е. это метод A.f()? Может, он переопределен в классах B и С? Если так, то каким вариантом мы пользуемся: В.f() или C.f()? Конечно, допустимо определить экземпляры классов и обращаться к методам этих экземпляров, но это совсем другая ситуация.

В различных языках программирования этот вопрос решается по-разному, главным образом уточнением имени метода f(). Но при этом всегда нарушается принцип KISS. Вокруг множественного наследования всегда много споров, есть его ярые приверженцы и столь же ярые противники. Не будем встревать в эти споры, наше дело — наилучшим образом использовать средства языка для решения своих задач.

Создатели языка Java после долгих споров и размышлений поступили радикально — запретили множественное наследование классов вообще. При расширении класса после слова extends можно написать только одно имя суперкласса. С помощью уточнения super можно обратиться только к членам непосредственного суперкласса.

Но что делать, если все-таки при порождении надо использовать несколько предков? Например, у нас есть общий класс автомобилей Automobile, от которого можно породить класс грузовиков Truck и класс легковых автомобилей Car. Но вот надо описать пикап Pickup. Этот класс должен наследовать свойства и грузовых, и легковых автомобилей.

В таких случаях используется еще одна конструкция языка Java — интерфейс. Внимательно проанализировав ромбовидное наследование, теоретики ООП выяснили, что проблему создает только реализация методов, а не их описание.

Интерфейс (interface), в отличие от класса, содержит только константы, заголовки методов, и с Java 8 может содержать реализацию методов по умолчанию.

Интерфейсы тоже размещаются в файлах с расширением .java, которые в свою очередь могут находится в пакетах и подпакетах, часто в тех же самых, что и классы, и тоже компилируются в class-файлы.

Описание интерфейса начинается со слова interface, перед которым может стоять модификатор public, означающий, как и для класса, что интерфейс доступен всюду. Если же модификатора public нет, интерфейс будет виден только в своем пакете.

После слова interface записывается имя интерфейса, потом может стоять слово extends и список интерфейсов-предков через запятую. Таким образом, одни интерфейсы могут порождаться от других интерфейсов, образуя свою, независимую от классов, иерархию, причем в ней допускается множественное наследование интерфейсов. В этой иерархии нет корня, общего предка.

Затем в фигурных скобках записываются в любом порядке константы, заголовки методов и реализации методов по умолчанию. Можно сказать, что в интерфейсе все методы абстрактные (те у которых нет реализации по умолчанию), но слово abstract писать не надо. Константы всегда статические, но слова static и final указывать не нужно. Все эти модификаторы принимаются по умолчанию. Все константы и методы в интерфейсах всегда открыты, не обязательно даже указывать модификатор public.

Вот какую схему можно предложить для иерархии автомобилей:

interface Automobile{ . . . }
interface Car extends Automobile{ . . . }
interface Truck extends Automobile{ . . . }
interface Pickup extends Car, Truck{ . . . }

Таким образом, интерфейс — это только набросок, эскиз. В нем указано, что делать, но не указано, как это делать (если нет реализации по умолчанию).

Поскольку интерфейсы – это как-бы полностью абстрактные классы, то невозможно создать экземпляр интерфейса, но можно создать объектную ссылку интерфейсного типа. Ссылочная переменная интерфейса располагает сведениями только о тех методах, которые объявлены в этом интерфейсе.

Как же тогда использовать интерфейсы, если невозможно создать объекты на их основе?

Использовать нужно не интерфейс, а его реализацию (implementation). Реализация интерфейса — это класс, в котором расписываются методы одного или нескольких интерфейсов. В заголовке класса после его имени или после имени его суперкласса, если он есть, записывается слово implements и, через запятую, перечисляются имена интерфейсов.

Вот как можно реализовать иерархию автомобилей:

interface Automobile{ . . . }
interface Car extends Automobile{ . . . }
class Truck implements Automobile{ . . . }
class Pickup extends Truck implements Car{ . . . }

или так

interface Automobile{ . . . }
interface Car extends Automobile{ . . . }
interface Truck extends Automobile{ . . . }
class Pickup implements Car, Truck{ . . . }

Реализация интерфейса может быть неполной, некоторые методы интерфейса могут быть реализованы, а другие — нет. Такая реализация — абстрактный класс, его обязательно надо пометить модификатором abstract.

Если класс реализует более одного интерфейса, то он должен предоставить реализацию каждого метода каждого интерфейса либо он должен быть объявлен как abstract.

Методы, которые реализуют интерфейс, должны быть объявлены как public.

Теперь немного попрактикуемся, чтобы понять все получше на примере со звуками животных из прошлого поста. Переделаем ту программу чтобы она использовала интерфейс.

I0006

I0005

Слева представлены основной класс с методом main() и интерфейс в котором мы опеделили метод getSound() с реализацией по умолчанию, которая будет срабатывать если в классе имплементирующем этот интерфейс не будет описана реализация данного метода.

Стоит обратить внимание что в классе AnimalSound мы создали массив объектных ссылок типа Soud (интерфейсный тип) и поместили туда ссылки на объекты, реализующие данный интерфейс.

Программа генерирует следующий вывод:

I0007

 

И теперь посмотрим на классы Cow, Cat и Dog:

I0002

I0003

I0004

Как видно наши классы Cow, Cat и Dog которые имплементируют интерфейс Sound имеют каждый свою реализацию метода getSound().

И приведу еще один простой пример, того что класс может реализовывать несколько интерфейсов.\

I0010

I0011

Как видно из примера класс MaxMin реализует два интрефейса.

 

I0008

I0009

Вывод у программы следующий:

I0012

 

Чтобы еще получше понять, что такое интерфейсы предлагаю посмотреть следующие несколько видео. Третье видео в списке я считаю наиболее полезным. Но посмотреть стоит все.

Интерфейсы в Java
Интерфейсы в Java
Интерфейсы в Java
Интерфейсы в Java. Но тут автор делает несколько ошибочных заявлений

Комментариев нет:

Отправить комментарий