多型、抽象類別與介面

/** 動物父類別：定義共同的訊息介面 */ class Animal /** 發出叫聲：每種動物有自己的版本 */ public void speak() System.out.println("（動物的聲音）");

/** 狗 */ class Dog extends Animal

@Override public void speak() System.out.println("汪汪！");

/** Dog 特有的方法：用 Animal 參考時「看不到」它 */ public void fetch() System.out.println("狗去撿球");

/** 貓 */ class Cat extends Animal @Override public void speak() System.out.println("喵～");

/** 多型：同一訊息，不同行為 */ public class PolymorphismDemo

public static void main(String[] args)

// 向上轉型：把子類別物件交給父類別參考，永遠安全 Animal a1 = new Dog(); Animal a2 = new Cat();

a1.speak(); // 動態繫結：執行 Dog 的版本 a2.speak(); // 動態繫結：執行 Cat 的版本

// a1.fetch(); // 編譯錯誤：Animal 型別沒有宣告 fetch()

// 多型陣列：不同子類別的物件放進同一個陣列統一處理 Animal[] zoo = new Dog(), new Cat(), new Dog() ; for (Animal animal : zoo) animal.speak(); // 每個元素各自執行自己的覆寫版本

/** 父類別：一個欄位、一個方法 */ class Base

String tag = "Base 的欄位";

String describe() return "Base 的方法";

/** 子類別：宣告同名欄位（遮蔽），並覆寫方法 */ class Derived extends Base

String tag = "Derived 的欄位"; // 欄位遮蔽：兩個欄位同時存在

@Override String describe() return "Derived 的方法";

/** 方法看「實際型別」，欄位看「參考型別」 */ public class FieldBinding

public static void main(String[] args)

Base obj = new Derived(); // 向上轉型

// 方法：動態繫結，執行 Derived 覆寫的版本 System.out.println(obj.describe());

// 欄位：靜態繫結，取到 Base 宣告的那一份 System.out.println(obj.tag);

/** 向下轉型與 instanceof 檢查（沿用 Animal、Dog、Cat） */ public class CastingDemo

public static void main(String[] args)

Animal pet = new Dog(); // 實際型別是 Dog

// 錯誤示範（已註解）：轉成不相干的型別，執行期直接爆炸 // Cat cat = (Cat) pet; // 拋出 ClassCastException

// 傳統寫法：先用 instanceof 檢查，確認後再轉型 if (pet instanceof Dog) Dog dog = (Dog) pet; // 檢查過了，安全 dog.fetch();

// 模式匹配 instanceof（Java 16+）：檢查、轉型、命名一氣呵成 if (pet instanceof Dog dog) dog.fetch(); // dog 已經是 Dog 型別，直接可用

// 條件不成立時，模式變數不會生效，區塊不執行 if (pet instanceof Cat cat) cat.speak(); else System.out.println("pet 不是貓，轉型分支未執行");

/** * 抽象類別 Shape：所有形狀的共同輪廓。 * area() 是抽象方法：宣告「每種形狀都會算面積」，但把公式留給子類別。 */ abstract class Shape

private final String name; // 共同狀態放在父類別

protected Shape(String name) this.name = name;

public String getName() return name;

/** 抽象方法：沒有本體，以分號結束 */ public abstract double area();

/** 一般方法可以呼叫抽象方法：執行期動態繫結到子類別實作 */ public String report() return name + "面積 = " + area();

/** 圓形：面積公式 pi 乘以半徑平方 */ class Circle extends Shape

private final double radius;

public Circle(double radius) super("圓形"); // 把名稱交給父類別保管 this.radius = radius;

@Override public double area() return Math.PI * radius * radius;

/** 矩形：面積公式為寬乘以高 */ class Rectangle extends Shape

private final double width; private final double height;

public Rectangle(double width, double height) super("矩形"); this.width = width; this.height = height;

@Override public double area() return width * height;

/** 用多型陣列統一處理所有形狀 */ public class ShapeDemo

public static void main(String[] args)

// Shape s = new Shape("形狀"); // 編譯錯誤：抽象類別不能實體化

Shape[] shapes = new Circle(1.0), new Rectangle(3.0, 4.0), new Circle(2.0) ;

double total = 0; for (Shape s : shapes) System.out.println(s.report()); // 各自執行正確的 area() total += s.area(); // 累加總面積 System.out.printf("總面積 =

import java.util.Arrays;

/** * 產品：實作 Comparable，宣告「產品之間可以比較大小」。 * compareTo 回傳負數、零、正數，分別代表小於、等於、大於。 */ class Product implements Comparable<Product>

private final String name; private final int price;

Product(String name, int price) this.name = name; this.price = price;

@Override public int compareTo(Product other) // 委託 Integer.compare：以價格由小到大 return Integer.compare(this.price, other.price);

@Override public String toString() return name + "(" + price + "元)";

/** 實作 Comparable 之後，標準函式庫就知道怎麼排序 */ public class ComparableDemo public static void main(String[] args) Product[] items = new Product("鍵盤", 1200), new Product("滑鼠", 450), new Product("螢幕", 5500) ; Arrays.sort(items); // sort 內部會呼叫 compareTo System.out.println(Arrays.toString(items));

/** 音訊播放器介面：抽象方法、常數、default、static、private 全到齊 */ interface AudioPlayer

/** 介面中的欄位隱含 public static final：這是一個常數 */ int MAX_VOLUME = 100;

/** 抽象方法：實作類別必須提供本體 */ void play(String track);

/** default 方法：附帶預設實作，實作類別可以直接沿用或覆寫 */ default void playAll(String[] tracks) for (String t : tracks) if (isValid(t)) // 呼叫介面自己的 private 方法 play(t); // 呼叫抽象方法：繫結到實作類別

/** static 方法：屬於介面本身，用介面名稱呼叫 */ static int defaultVolume() return MAX_VOLUME / 2;

/** private 方法（Java 9+）：介面內部共用的輔助邏輯 */ private boolean isValid(String track) return track != null && !track.isBlank();

/** 老式音響：只實作必要的抽象方法，playAll 直接用預設版本 */ class Stereo implements AudioPlayer @Override public void play(String track) System.out.println("播放中：" + track);

/** 驗證 default、static 方法與介面常數 */ public class AudioDemo

public static void main(String[] args)

Stereo stereo = new Stereo(); // Stereo 沒有寫 playAll：直接繼承介面的預設實作 stereo.playAll(new String[] "夜曲", "青花瓷" );

// static 方法屬於介面本身 System.out.println("預設音量：" + AudioPlayer.defaultVolume()); // 介面常數：隱含 public static final System.out.println("音量上限：" + AudioPlayer.MAX_VOLUME);

/** 相機能力 */ interface Camera default String describe() return "能拍照";

/** 電話能力 */ interface Phone default String describe() return "能通話";

/** * 智慧型手機同時實作兩個介面： * 兩邊都有 default 的 describe()，編譯器無法決定要繼承哪一個， * 因此「強制」我們自己覆寫來排解衝突。 */ class SmartPhone implements Camera, Phone @Override public String describe() // 「介面名.super.方法名」：明確指定沿用哪個介面的版本 return Camera.super.describe() + "，而且" + Phone.super.describe();

/** 驗證鑽石問題的解法 */ public class DiamondDemo public static void main(String[] args) System.out.println(new SmartPhone().describe());

/** * 付款方式介面：所有付款方式的共同契約。 * 只規定「能做什麼」，不限制「怎麼做」。 */ interface Payment

/** 執行扣款，回傳是否成功 */ boolean pay(int amount);

/** default 方法：多數付款方式共用的手續費（1 default int fee(int amount) return amount / 100;

/** 信用卡付款 */ class CreditCardPayment implements Payment

private final String cardNumber; // 卡號：實務上必須加密保存

CreditCardPayment(String cardNumber) this.cardNumber = cardNumber;

@Override public boolean pay(int amount) // 只顯示末四碼：資訊安全的基本禮貌 String tail = cardNumber.substring(cardNumber.length() - 4); System.out.println("信用卡（末四碼 " + tail + "）扣款 " + amount + " 元，手續費 " + fee(amount) + " 元"); return true;

/** LINE Pay 付款：覆寫 fee 提供免手續費優惠 */ class LinePayPayment implements Payment

@Override public boolean pay(int amount) System.out.println("LINE Pay 扣款 " + amount + " 元，手續費 " + fee(amount) + " 元"); return true;

/** 行銷活動：LINE Pay 免手續費 */ @Override public int fee(int amount) return 0;

/** 結帳櫃台：只認識 Payment 介面，不關心實際的付款方式 */ public class CheckoutDemo

/** 多型參數：任何實作 Payment 的物件都能傳進來 */ static void checkout(Payment method, int amount) if (method.pay(amount)) System.out.println("結帳完成");

public static void main(String[] args) // 同一個 checkout 方法，搭配不同的付款策略 checkout(new CreditCardPayment("4311-1234-5678-9012"), 1500); checkout(new LinePayPayment(), 800);