Java 8 預設方法和多繼承深入解析

ImportNew發表於2015-05-22
Java繼承

以前經常談論的Java對比c++的一個優勢是Java中沒有多繼承的問題。 因為Java中子類只能繼承(extends)單個父類， 儘管可以實現(implements)多個介面，但是介面中只有抽象方法，方法體是空的，沒有具體的方法實現，不會有方法衝突的問題。

這些都是久遠的說法了，自從今年Java 8釋出後， 介面中也可以定義方法了(default method)。 之所以打破以前的設計在介面中
增加具體的方法， 是為了既有的成千上萬的Java類庫的類增加新的功能， 且不必對這些類重新進行設計。 比如， 只需在Collection介面中
增加default Stream<E> stream(), 相應的Set和List介面以及它們的子類都包含此的方法， 不必為每個子類都重新copy這個方法。

這是一個折衷的設計，帶來的問題就是為Java引入了多繼承的問題。 我們知道， 介面可以繼承介面， 類可以繼承類和實現介面。 一旦繼承的類和實現的介面中有相同簽名的方法， 會出現什麼樣的狀況呢？ 本文將探討各種情況的多繼承， 以便能清楚的理解Java多繼承的規則。

介面繼承多個父介面

假定有三個介面Interface A, Interface B, Interface C, 繼承關係如下：

+---------------+         +------------+
|  Interface A  |         |Interface B |
+-----------^---+         +---^--------+
            |                 |         
            |                 |         
            |                 |         
            +-+------------+--+         
              | Interface C|            
              +------------+

A,B擁有相同簽名的預設方法default String say(String name), 如果介面C沒有override這個方法， 則編譯出錯。

 interface A {
	default String say(String name) {
		return "hello " + name;
	}
}
interface B {
	default String say(String name) {
		return "hi " + name;
	}
}
interface C extends A,B{

}

錯誤資訊：

C:/Lambda/src>javac -J-Duser.country=US com/colobu/lambda/chap
ter3/MultipleInheritance1.java
com/colobu/lambda/chapter3/MultipleInheritance1.java:17: error: interface C inherits unrelated defaults for say(String) from types A and B
        static interface C extends A,B{
               ^
1 error

我們可以在子介面C中覆蓋override這個方法, 這樣編譯就不會出錯了：

interface C extends A,B{
	default String say(String name) {
		return "greet " + name;
	}
}

注意方法簽名不包括方法的返回值， 也就是僅僅返回值不同的兩個方法的簽名也是相同的。下面的程式碼編譯不會出錯，因為A和B的預設方法不同， C隱式繼承了兩個預設方法。

interface A {
	default void say(int name) {

	}
}
interface B {
	default void say(String name) {

	}
}
interface C extends A,B{

}

但是有的情況下即使是不同簽名的方法也是很難分辨的：

interface A {
	default void say(int a) {
		System.out.println("A");
	}
}
interface B {
	default void say(short a) {
		System.out.println("B");
	}
}
interface C extends A,B{

}
static class D implements C {

}
public static void main(String[] args) {
	D d = new D();
	byte a = 1;
	d.say(a); //B
}

Java會選擇最適合的方法， 請參看Java規範 15.12.2.5

介面多層繼承

下面看一下多層繼承的問題。 繼承關係如下圖， A2繼承A1, C繼承A2。

+---------------+ 
|  Interface A1 | 
+--------+------+ 
         |        
         |        
         |        
+--------+------+ 
|  Interface A2 | 
+-------+-------+ 
        |         
        |         
        |         
+-------+--------+
|   Interface C  |
+----------------+

基於我們以前對類繼承的認識， 很容易知道C會繼承A2的預設方法，包括直接定義的預設方法， 覆蓋的預設方法，以及隱式繼承於A1介面的預設方法。

interface A {
	default void say(int a) {
		System.out.println("A");
	}

	default void run() {
		System.out.println("A.run");
	}
}
interface B extends A{
	default void say(int a) {
		System.out.println("B");
	}

	default void play() {
		System.out.println("B.play");
	}
}
interface C extends A,B{

}

多層多繼承

上面一個例子還是單繼承的例子， 如果如下圖的多繼承呢？

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+---------------+                          
|  Interface A1 |                          
+--------+------+                          
         |                                 
         |                                 
         |                                 
+--------+------+         +---------------+
|  Interface A2 |         |  Interface B  |
+-------+-------+         +---------+-----+
        |       +---------+---------^      
        |       |                          
        |       |                          
+-------+-------++                         
|   Interface C  |                         
+----------------+

如果A2和B擁有相同簽名的方法，這和第一個例子一樣。 如果不想編譯出錯，可以覆蓋父介面的預設方法，還可以呼叫指定父介面的預設方法：

interface A1 {
		default void say(int a) {
			System.out.println("A1");
		}
	}

	interface A2 extends A1 {

	}

	interface B {
		default void say(int a) {
			System.out.println("B");
		}
	}
	interface C extends A2,B{
		default void say(int a) {
			B.super.say(a);
		}
	}

更復雜的多層多繼承

+--------------+              
 | Interface A1 |              
 +------+------++              
        |      ^+-------+      
        |               |      
+-------+-------+       |      
|  Interface A2 |       |      
+------------+--+       |      
             ^--++      |      
                 |      |      
              +--+------+-----+
              |  Interface C  |
              +---------------+

介面A2繼承A1， 介面C繼承A2和A1。 程式碼如下，

interface A1 {
	default void say() {
		System.out.println("A1");
	}
}
interface A2 extends A1 {
	default void say() {
		System.out.println("A2");
	}
}
interface C extends A2,A1{

}
static class D implements C {

}
public static void main(String[] args) {
	D d = new D();
	d.say();
}

以上程式碼不會編譯出錯，執行輸出A2。

可以看到介面C會隱式繼承子介面的方法， 也就是子介面A2的預設方法。

類繼承

如果繼承關係型別全部是類， 那麼由於類依然是單繼承的， 不會有多繼承的問題。

類和介面混雜

我們把第一個例子中的其中一個介面換成類，會出現什麼現象呢。

+-------------+       +-----------+
| Interface A |       |  Class B  |
+-----------+-+       +-----+-----+
            ^-+    +--+-----^      
              |    |               
          +---+----+-+             
          |  Class C |             
          +----------+

以下程式碼不會編譯出錯：

interface A {
	default void say() {
		System.out.println("A");
	}
}
static class B {
	public void say() {
		System.out.println("B");
	}
}
static class C extends B implements A{

}
public static void main(String[] args) {
	C c = new C();
	c.say(); //B
}

結果輸出B。

可以看出， 子類優先繼承父類的方法， 如果父類沒有相同簽名的方法，才繼承介面的預設方法。

結論

更復雜的繼承關係可以簡化成以上的繼承關係。
根據以上的例子， 可以得出以下的結論：

  • 類優先於介面。 如果一個子類繼承的父類和介面有相同的方法實現。 那麼子類繼承父類的方法
  • 子型別中的方法優先於父型別中的方法。
  • 如果以上條件都不滿足， 則必須顯示覆蓋/實現其方法，或者宣告成abstract。

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