Применение интерфейсов

До сих пор интерфейсы рассматривались с технической точки зрения – как их объявлять, какие конфликты могут возникать, как их разрешать. Однако важно понимать, как применяются интерфейсы с концептуальной точки зрения.

Распространенное мнение, что интерфейс – это полностью абстрактный класс, в целом верно, но оно не отражает всех преимуществ, которые дают интерфейсы объектной модели. Как уже отмечалось, множественное наследование порождает ряд конфликтов, но отказ от него, хоть и делает язык проще, но не устраняет ситуации, в которых требуются подобные подходы.

Возьмем в качестве примера дерева наследования классификацию живых организмов. Известно, что растения и животные принадлежат к разным царствам. Основным различием между ними является то, что растения поглощают неорганические элементы, а животные питаются органическими веществами. Животные делятся на две большие группы – птицы и млекопитающие. Предположим, что на основе этой классификации построено дерево наследования, в каждом классе определены элементы с учетом наследования от родительских классов.

Рассмотрим такое свойство живого организма, как способность питаться насекомыми. Очевидно, что это свойство нельзя приписать всей группе птиц, или млекопитающих, а тем более растений. Но существуют представители каждой из названных групп, которые этим свойством обладают, – для растений это росянка, для птиц, например, ласточки, а для млекопитающих – муравьеды. Причем, очевидно, "реализовано" это свойство у каждого вида совсем по-разному.

Можно было бы объявить соответствующий метод (скажем, consumeInsect(Insect) ) у каждого представителя независимо. Но если задача состоит в моделировании, например, зоопарка, то однотипную процедуру – кормление насекомыми – пришлось бы описывать для каждого вида отдельно, что существенно осложнило бы код, причем без какой-либо пользы.

Java предлагает другое решение. Объявляется интерфейс InsectConsumer:

public interface InsectConsumer { void consumeInsect(Insect i);}

Его реализуют все подходящие животные и растения:

// росянка расширяет класс растениеpublic class Sundew extends Plant implements InsectConsumer { public void consumeInsect(Insect i) { ... }} // ласточка расширяет класс птицаpublic class Swallow extends Bird implements InsectConsumer { public void consumeInsect(Insect i) { ... }}// муравьед расширяет класс млекопитающееpublic class AntEater extends Mammal implements InsectConsumer { public void consumeInsect(Insect i) { ... }}

В результате в классе, моделирующем служащего зоопарка, можно объявить соответствующий метод:

// служащий, отвечающий за кормление, // расширяет класс служащийclass FeedWorker extends Worker { // с помощью этого метода можно накормить // и росянку, и ласточку, и муравьеда public void feedOnInsects(InsectConsumer consumer) { ... consumer.consumeInsect(insect); ... }}

В результате удалось свести работу с одним свойством трех разнородных классов в одно место, сделать код более универсальным. Обратите внимание, что при добавлении еще одного насекомоядного такая модель зоопарка не потребует никаких изменений, чтобы обслуживать новый вид, в отличие от первоначального громоздкого решения. Благодаря введению интерфейса удалось отделить классы, реализующие его (живые организмы) и использующие его (служащий зоопарка). После любых изменений этих классов при условии сохранения интерфейса их взаимодействие не нарушится.

Данный пример иллюстрирует, как интерфейсы предоставляют альтернативный, более строгий и гибкий подход вместо множественного наследования.

Полиморфизм

Ранее были рассмотрены правила объявления классов с учетом их наследования. В этой лекции было введено понятие переопределенного метода. Однако полиморфизм требует более глубокого изучения. При объявлении одноименных полей или методов с совпадающими сигнатурами происходит перекрытие элементов из родительского и наследующего класса. Рассмотрим, как функционируют классы и объекты в таких ситуациях.

Поля

Начнем с полей, которые могут быть статическими или динамическими. Рассмотрим пример:

class Parent { int a=2; } class Child extends Parent { int a=3;}

Прежде всего, нужно сказать, что такое объявление корректно. Наследники могут объявлять поля с любыми именами, даже совпадающими с родительскими. Затем, необходимо понять, как два одноименных поля будут сосуществовать. Действительно, объекты класса Child будут содержать сразу две переменных, а поскольку они могут отличаться не только значением, но и типом (ведь это два независимых поля), именно компилятор будет определять, какое из значений использовать. Компилятор может опираться только на тип ссылки, с помощью которой происходит обращение к полю:

Child c = new Child();System.out.println(c.a);Parent p = c;System.out.println(p.a);

Обе ссылки указывают на один и тот же объект, порожденный от класса Child, но одна из них имеет такой же тип, а другая – Parent. Отсюда следуют и результаты:

Объявление поля в классе-наследнике "скрыло" родительское поле. Данное объявление так и называется – "скрывающим" (hiding). Это особый случай перекрытия областей видимости, отличный от "затеняющего" (shadowing) и "заслоняющего" (obscuring) объявлений. Тем не менее, родительское поле продолжает существовать. К нему можно обратиться и явно:

class Child extends Parent { int a=3; // скрывающее объявление int b=((Parent)this).a; // более громоздкое объявление int c=super.a; // более простое}

Переменные b и c получат значение, хранящееся в родительском поле a. Хотя выражение с super более простое, оно не позволит обратиться на два уровня вверх по дереву наследования. А ведь вполне возможно, что в родительском классе это поле также было скрывающим и в родителе родителя хранится еще одно значение. К нему можно обратиться явным приведением, как это делается для b.

Рассмотрим следующий пример:

class Parent { int x=0; public void printX() { System.out.println(x); }}class Child extends Parent { int x=-1;}

Каков будет результат следующих строк?

new Child().printX();

Значение какого поля будет распечатано? Метод вызывается с помощью ссылки типа Child, но это не сыграет никакой роли. Вызывается метод, определенный в классе Parent, и компилятор, конечно, расценил обращение к полю x в этом методе именно как к полю класса Parent. Поэтому результатом будет 0.

Перейдем к статическим полям. На самом деле, для них проблем и конфликтов, связанных с полиморфизмом, не существует.

Рассмотрим пример:

class Parent { static int a=2;}class Child extends Parent { static int a=3;}

Каков будет результат следующих строк?

Child c = new Child();System.out.println(c.a);Parent p = c;System.out.println(p.a);

Нужно вспомнить, как компилятор обрабатывает обращения к статическим полям через ссылочные значения. Неважно, на какой объект указывает ссылка. Более того, она может быть даже равна null. Все определяется типом ссылки.

Поэтому рассматриваемый пример эквивалентен:

System.out.println(Child.a)System.out.println(Parent.a)

А его результат сомнений уже не вызывает:

Можно привести следующее пояснение. Статическое поле принадлежит классу, а не объекту. В результате появление классов-наследников со скрывающими (hiding) объявлениями никак не сказывается на работе с исходным полем. Компилятор всегда может определить, через ссылку какого типа происходит обращение к нему.

Обратите внимание на следующий пример:

class Parent { static int a;} class Child extends Parent {}

Каков будет результат следующих строк?

Child.a=10;Parent.a=5;System.out.println(Child.a);

В этом примере поле a не было скрыто и передалось по наследству классу Child. Однако результат показывает, что это все же одно поле:

Несмотря на то, что к полю класса идут обращения через разные классы, переменная всего одна.

Итак, наследники могут объявлять поля с именами, совпадающими с родительскими полями. Такие объявления называют скрывающими. При этом объекты будут содержать оба значения, а компилятор будет каждый раз определять, с каким из них надо работать.

Методы

Рассмотрим случай переопределения (overriding) методов:

class Parent { public int getValue() { return 0; }}class Child extends Parent { public int getValue() { return 1; }}

И строки, демонстрирующие работу с этими методами:

Child c = new Child();System.out.println(c.getValue());Parent p = c;System.out.println(p.getValue());

Результатом будет:

Можно видеть, что родительский метод полностью перекрыт, значение 0 никак нельзя получить через ссылку, указывающую на объект класса Child. В этом ключевая особенность полиморфизма – наследники могут изменять родительское поведение, даже если обращение к ним производится по ссылке родительского типа. Напомним, что, хотя старый метод снаружи уже недоступен, внутри класса-наследника к нему все же можно обратиться с помощью super.

Рассмотрим более сложный пример:

class Parent { public int getValue() { return 0; } public void print() { System.out.println(getValue()); }} class Child extends Parent { public int getValue() { return 1; }}

Что появится на консоли после выполнения следующих строк?

Parent p = new Child();p.print();

С помощью ссылки типа Parent вызывается метод print(), объявленный в классе Parent. Из этого метода делается обращение к getValue(), которое в классе Parent возвращает 0. Но компилятор уже не может предсказать, к динамическому методу какого класса произойдет обращение во время работы программы. Это определяет виртуальная машина на основе объекта, на который указывает ссылка. И раз этот объект порожден от Child, то существует лишь один метод getValue().

Результатом работы примера будет:

Данный пример демонстрирует, что переопределение методов должно производиться с осторожностью. Если слишком сильно изменить логику их работы, нарушить принятые соглашения (например, начать возвращать null в качестве значения ссылочного типа, если родительский метод такого не допускал), это может привести к сбоям в работе родительского класса, а значит, объекта наследника. Более того, существуют и некоторые обязательные ограничения.

Вспомним, что заголовок метода состоит из модификаторов, возвращаемого значения, сигнатуры и throws -выражения. Сигнатура (имя и набор аргументов) остается неизменной, если говорить о переопределении. Возвращаемое значение также не может меняться, иначе это приведет к появлению двух разных методов с одинаковыми сигнатурами.

Рассмотрим модификаторы доступа.

class Parent { protected int getValue() { return 0; }} class Child extends Parent { /* ??? */ protected int getValue() { return 1; }}

Пусть родительский метод был объявлен как protected. Понятно, что метод наследника можно оставить с таким же уровнем доступа, но можно ли его расширить (public), или сузить (доступ по умолчанию)? Несколько строк для проверки:

Parent p = new Child();p.getValue();

Обращение к методу осуществляется с помощью ссылки типа Parent. Именно компилятор выполняет проверку уровня доступа, и он будет ориентироваться на родительский класс. Но ссылка-то указывает на объект, порожденный от Child, и по правилам полиморфизма исполняться будет метод именно этого класса. А значит, доступ к переопределенному методу не может быть более ограниченным, чем к исходному. Итак, методы с доступом по умолчанию можно переопределять с таким же доступом, либо protected или public. Protected -методы переопределяются такими же, или public, а для public менять модификатор доступа и вовсе нельзя.

Что касается private -методов, то они определены только внутри класса, снаружи не видны, а потому наследники могут без ограничений объявлять методы с такими же сигнатурами и произвольными возвращаемыми значениями, модификаторами доступа и т.д.

Аналогичные ограничения накладываются и на throws -выражение, которое будет рассмотрено в следующих лекциях.

Если абстрактный метод переопределяется неабстрактным, то говорят, что он его реализовал (implements). Как ни странно, абстрактный метод может переопределить другой абстрактный, или даже неабстрактный, метод. В первом случае такое действие может иметь смысл только при изменении модификатора доступа (расширении), либо throws -выражения. Во втором случае полностью утрачивается старая реализация метода, что может потребоваться в особенных случаях.

Перейдем к статическим методам. Рассмотрим пример:

class Parent { static public int getValue() { return 0; }} class Child extends Parent { static public int getValue() { return 1; }}

И строки, демонстрирующие работу с этими методами:

Child c = new Child();System.out.println(c.getValue());Parent p = c;System.out.println(p.getValue());

Аналогично случаю со статическими переменными, вспоминаем алгоритм обработки компилятором таких обращений к статическим элементам и получаем, что код эквивалентен следующим строкам:

System.out.println(Child.getValue());System.out.println(Parent.getValue());

Результатом будет:

То есть статические методы, подобно статическим полям, принадлежат классу и появление наследников на них не сказывается.

Статические методы не могут перекрывать обычные, и наоборот.

<28 29 303132 33 34 >

Дата добавления: 2016-03-22; просмотров: 572;