介面概念與宣告語法

1. 什麼是介面？

如果抽象類別是房子的藍圖，介面更像是一份合約或「契約」，用來要求完成特定的工作。比如你請水電工，你會期待他能「修水龍頭」與「排除漏水」。至於他要怎麼做—你不在意，重點是結果要達成。在 Java 中，介面正是這樣的契約：它說明必須實作哪些方法，但不告訴你如何實作。

重點速覽：

介面 是 Java 中的一種特殊型別，定義了一組方法；凡是簽署（實作）該介面的類別，都必須實作這些方法。

• 介面只描述「要做什麼」，而不是「怎麼做」。
• 在 Java 8 之前，介面不包含方法實作。
• 介面是純粹的契約：如果類別實作介面，就必須實作其所有方法。

為什麼這麼方便？

• 可以把多個介面「套用」到同一個類別上—也就是讓它同時扮演多種角色。
• 有助於建立彈性且可擴充的架構，讓類別能實作不同能力。
• 介面在 Java 標準程式庫中廣泛使用（例如 Comparable、Serializable、Runnable 等）。

2. 介面宣告的語法

在 Java 宣告介面—簡單至極。使用關鍵字 interface。在 Java 8 之前，介面方法預設視為 public abstract，即使沒有明寫。這表示：該方法必須在實作此介面的類別中予以實作。

介面範例

public interface Movable {
    void move(int x, int y);
}

• 這裡我們宣告了介面 Movable（可理解為「可移動的」或「能移動的」）。
• 裡面宣告了方法 move(int x, int y)。沒有方法本體—只有簽章。這就是「契約」： 「如果你實作 Movable，就請實作 move」。

語法要點

• 介面中的方法在 Java 8 之前不包含本體。
• 介面中的所有方法預設皆為 public abstract（可以不必明寫）。
• 介面只能包含常數（public static final），不能有一般欄位。

常數範例

public interface Constants {
    int MAX_SPEED = 100; // 預設即為 public static final
}

3. 介面與類別的差異

介面不是類別！來看看差別在哪裡。

類別透過 implements 來實作介面

public class Robot implements Movable {
    @Override
    public void move(int x, int y) {
        System.out.println("機器人移動到點 (" + x + ", " + y + ")");
    }
}

• 類別 Robot 實作了介面 Movable。
• 關鍵字 implements — 「實作」。
• 必須實作介面的所有方法（否則會有編譯錯誤）。
• 別忘了註解 @Override — 它不是必需，但能幫助編譯器與你避免失誤。

4. 介面使用範例

寫個簡單範例，看看實際如何運作。假設我們有介面 Movable，並希望不同類別都能「移動」：機器人、汽車、動物……

步驟 1：宣告介面

public interface Movable {
    void move(int x, int y);
}

步驟 2：在類別中實作介面

public class Robot implements Movable {
    @Override
    public void move(int x, int y) {
        System.out.println("機器人移動到點 (" + x + ", " + y + ")");
    }
}

步驟 3：使用介面

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Movable m = new Robot(); // 介面型別的變數！
        m.move(10, 20); // 將輸出：機器人移動到點 (10, 20)
    }
}

請注意

• 我們可以宣告介面型別的變數（Movable m），並將實作該介面的類別物件指派給它（new Robot()）。
• 這使我們能撰寫通用的程式碼，能與任何「可移動」的物件合作，而不必知道它實際是哪個類別。

未實作方法時的編譯錯誤

Error: Class 'Robot' must either be declared abstract or implement abstract method 'move(int, int)' in 'Movable'

這就是介面的威力 — 它保證所有實作的類別都具備所需的方法。

5. Java 標準程式庫中的介面

介面不是「課本上的」概念而已。它們在整個 Java 標準程式庫中都被大量使用。以下是幾個例子：

• Comparable<T> — 用於比較物件的介面（例如用於排序）。
• Runnable — 啟動執行緒的介面。
• Serializable — 標記（marker）介面，表示物件可被序列化。
• List、Set、Map — 集合的介面。

範例：Comparable

public class Person implements Comparable<Person> {
    String name;
    int age;

    // 建構子與其他方法...

    @Override
    public int compareTo(Person other) {
        return this.age - other.age;
    }
}

現在物件 Person 可以被排序，因為它們實作了介面 Comparable。

6. 視覺示意：介面如何運作

+-------------------+         +-------------------+
|   interface       |         |    class          |
|   Movable         |<--------|    Robot          |
|-------------------|         |-------------------|
| +move(int, int)   |         | +move(int, int)   |
+-------------------+         +-------------------+

• 箭頭表示類別 Robot 實作了介面 Movable。
• 介面只規定「應該有什麼」，類別負責「如何運作」。

生活中的類比

在 Java 中，介面就像駕照。若你持有駕照（你實作了「駕駛員」這個介面），代表你會駕駛汽車。至於你怎麼開—有人小心、有人迅速—那是細節；重點是你已承諾自己會做這件事。

7. 實作範例：延續我們的應用

public interface Movable {
    void move(int x, int y);
}

public class Animal implements Movable {
    protected String name;

    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void move(int x, int y) {
        System.out.println(name + " 移動到點 (" + x + ", " + y + ")");
    }
}

public class Robot implements Movable {
    private String model;

    public Robot(String model) {
        this.model = model;
    }

    @Override
    public void move(int x, int y) {
        System.out.println("機器人 " + model + " 開往座標 (" + x + ", " + y + ")");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Movable[] movables = {
            new Animal("Barsik"),
            new Robot("R2D2")
        };

        for (Movable m : movables) {
            m.move(5, 10);
        }
    }
}

結果：

Barsik 移動到點 (5, 10)
機器人 R2D2 開往座標 (5, 10)

我們建立了一個 Movable 型別的物件陣列。裡面可以放入任何實作該介面的物件！迴圈中的程式碼不知道眼前的是動物還是機器人，但知道每個物件都會 move。

8. 使用介面時的常見錯誤

錯誤 1：嘗試直接建立介面的實例。 介面是契約，而非具體物件。不能寫 new Movable() — 這會導致編譯錯誤。應該建立實作該介面的類別的物件。

錯誤 2：沒有實作介面的所有方法。 若類別實作了介面，卻未實作其所有方法，編譯器會報錯：「Class must either be declared abstract or implement abstract method ...」。如果你不想實作所有方法—就把類別宣告為 abstract。

錯誤 3：忽略了存取修飾子。 介面的方法一律是 public（即使未明寫）。在實作的類別中不可降低存取層級，因此方法也必須是 public。

錯誤 4：試圖在介面中加入一般欄位。 介面只能宣告常數（public static final）。不能加入一般（非靜態）的欄位。