Java OOP 物件導向程式設計：從混亂到秩序的程式碼重構之旅

🎯 開場情境設定 (15分鐘)

情境背景

你剛進入一家智慧家電新創公司「HomeTech」，第一天上班，主管就丟給你一個緊急任務：

"客戶抱怨我們的設備控制App經常當機，而且每次新增品牌支援都要等2週開發時間。董事會下週要看demo，你能先做個最基礎的版本嗎？"

初始需求 (故意簡化)

• 支援3個燈具品牌：Philips、小米、IKEA
• 基本功能：開燈、關燈
• 重要限制：「先求有，再求好，時間很趕！」

學生任務1：快速交付版本 (10分鐘)

// 給學生的起始框架
class LightController {
    // TODO: 實作controlLight方法
    // 需求：根據brand參數控制不同品牌的燈
    // brand可能的值："philips", "xiaomi", "ikea"
    // action可能的值："on", "off"
    
    public void controlLight(String brand, String action) {
        // 你的實作在這裡...
        // 提示：最直接的方式就是if-else判斷
    }

    public void showAllLightStatus() {
        // 提示：顯示所有燈具的狀態總覽
    }
}

// 測試用的main方法
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        LightController controller = new LightController();
        
        // 測試案例
        controller.controlLight("philips", "on");
        controller.controlLight("xiaomi", "off");
        controller.controlLight("ikea", "on");
        controller.controlLight("unknown", "on"); // 如果出現不支援品牌 要如何應變呢?
        controller.showAllLightStatus();
    }
}

預期輸出

philips開燈
xiaomi關燈
ikea開燈
找不到品牌

=== 所有燈具狀態 ===
philips: 開啟
xiaomi: 關閉
ikea: 開啟

💥 需求地獄體驗 (25分鐘)

第一波需求變更 (5分鐘後)

主管：「剛接到客戶電話，他們的Philips燈泡開關有特殊動畫效果，小米的比較直接，IKEA的有漸變效果。麻煩調整一下輸出訊息。」

學生任務2：修改輸出訊息

// 新的輸出需求：

// 測試用的main方法
// 第一波測試：基本開關功能
System.out.println("測試案例 1: 基本開關功能");
controller.controlLight("philips", "on");
controller.controlLight("xiaomi", "on");
controller.controlLight("ikea", "on");
controller.showAllLightStatus();

// 第二波測試：關燈功能
System.out.println("\n測試案例 2: 關燈功能");
controller.controlLight("xiaomi", "off");
controller.showAllLightStatus();

// 第二波測試：關燈功能
System.out.println("\n測試案例 3: 關燈功能");
controller.controlLight("xiaomi", "off");
controller.showAllLightStatus();

// 第三波測試：關燈功能
System.out.println("\n測試案例 4: 關燈功能");
controller.controlLight("xiaomi", "off");
controller.showAllLightStatus();

第二波需求變更 (再5分鐘後)

主管：「客戶又說要加亮度調節功能，還有色溫調整。另外，剛簽了兩個新品牌：Osram和Yeelight。」

學生任務3：添加新功能和新品牌

// 新增功能需求：
// setBrightness(brand, level) - level 1-100
// setColorTemperature(brand, temp) - temp 2700-6500K

// 新品牌輸出格式：
// Osram: "💡 Osram專業燈具[動作]"
// Yeelight: "🌈 Yeelight智慧燈[動作]"

// 在LightController裡新增3種方法
public void controlLight(String brand, String action) {
    // 現在這個方法變得多複雜？
}

// 還要加這些方法...
public void setBrightness(String brand, int level) {
    // ??
}

public void setColorTemperature(String brand, int temp) {
    // ??
}

// 測試用的main方法
// 測試所有新功能
System.out.println("\n📋 測試案例 1: 基本開關功能");
controller.controlLight("philips", "on");
controller.controlLight("xiaomi", "on");
controller.controlLight("ikea", "on");
controller.controlLight("osram", "on");
controller.controlLight("yeelight", "on");

System.out.println("\n📋 測試案例 2: 亮度調節功能");
controller.setBrightness("philips", 80);
controller.setBrightness("xiaomi", 90);
controller.setBrightness("osram", 75);
controller.setBrightness("yeelight", 85);

System.out.println("\n📋 測試案例 3: 色溫調節功能");
controller.setColorTemperature("philips", 3000);
controller.setColorTemperature("xiaomi", 4000);
controller.setColorTemperature("ikea", 2700);
controller.setColorTemperature("yeelight", 5000);

System.out.println("\n📋 測試案例 4: 錯誤輸入測試");
controller.setBrightness("philips", 150); // 超出範圍
controller.setColorTemperature("xiaomi", 1000); // 超出範圍
controller.controlLight("unknown", "on"); // 不支援品牌

controller.showAllLightStatus(); // 要輸出status、brightness和colorTemp

第三波需求變更 (再5分鐘後)

主管：「董事會說要demo智慧風扇和智慧音響的控制，用同一個App。風扇有轉速調節，音響有音量控制。」

關鍵時刻

• 是否開始抱怨程式碼變得很亂？
• 是否發現很多重複的邏輯？
• 是否開始覺得難以維護？

痛苦度量化體驗 (10分鐘)

來實際計算：

程式碼複雜度分析表

項目	最初版本	當前版本	如果有10個品牌會變成
controlLight方法行數	?	?	?
需要維護的if-else分支	?	?	?
新增一個品牌要修改的地方	?	?	?
新增一個功能要修改的地方	?	?	?

討論問題：

1. 如果bug出現在某個品牌的某個功能，要怎麼快速定位？
2. 如果要修改所有品牌的開燈邏輯，需要改幾個地方？
3. 新來的同事能快速理解這些程式碼嗎？

💡 啟發時刻：尋找模式 (15分鐘)

發現問題根源

提問引導：

"讓我們暫停寫程式碼，先思考一個問題：現實生活中，不同品牌的燈泡，在『功能』上有什麼共同點？"

討論預期回答

• 都可以開/關
• 都可以調亮度
• 都可以調色溫
• 只是『實作方式』不同

關鍵問題：

"程式碼能不能也用這種方式設計？先定義『統一的功能介面』，再讓每個品牌『各自實作』？"

🔧 解決方案探索：Interface登場 (30分鐘)

第一步：定義統一介面 (10分鐘)

設計Interface：

// 學生協作完成這個Interface
public interface SmartLight {
    // TODO: 列出所有智慧燈泡應該有的功能
    // 思考：什麼是『每個品牌都必須有』的功能？
    
    // 提示問題：
    // 1. 基本開關功能？
    // 2. 亮度調節功能？
    // 3. 色溫調節功能？
    // 4. 還有其他必備功能嗎？
}

預期答案

public interface SmartLight {
    void turnOn();
    void turnOff();
    void setBrightness(int level);
    void setColorTemperature(int temp);
    String getBrand(); // 用於顯示品牌資訊
}

第二步：品牌實作挑戰 (15分鐘)

學生實作任務：Philips品牌

public class PhilipsLight implements SmartLight {
    // 實作提示：
    // 1. 記住Philips的特色是「優雅」和「柔和」
    // 2. 每個方法都要有品牌特色的輸出
    // 3. 參考之前的輸出格式
    
    @Override
    public void turnOn() {
        // TODO: 實作Philips的開燈邏輯
        // 輸出應該是："✨ Philips智慧燈泡優雅點亮"
    }
    
    @Override
    public void turnOff() {
        // TODO: 實作Philips的關燈邏輯
    }
    
    @Override
    public void setBrightness(int level) {
        // TODO: 實作Philips的亮度調節
        // 輸出格式："✨ Philips燈泡亮度調節至 " + level + "%"
    }
    
    @Override
    public void setColorTemperature(int temp) {
        // TODO: 實作Philips的色溫調節
    }
    
    @Override
    public String getBrand() {
        // TODO: 回傳品牌名稱
    }
}

分組任務：

• 第1組：完成PhilipsLight
• 第2組：完成XiaomiLight
• 第3組：完成IkeaLight
• 第4組：完成YeelightLight

驗證測試：

public class InterfaceTest {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO: 創建不同品牌的燈泡物件
        // TODO: 測試每個品牌的所有功能
        // TODO: 觀察輸出是否符合各品牌特色
        
        SmartLight philips = new PhilipsLight();
        SmartLight xiaomi = new XiaomiLight();
        
        // 測試相同介面，不同實作
        testLight(philips);
        testLight(xiaomi);
    }
    
    public static void testLight(SmartLight light) {
        System.out.println("測試品牌：" + light.getBrand());
        light.turnOn();
        light.setBrightness(80);
        light.turnOff();
        System.out.println("---");
    }
}

第三步：Controller重構體驗 (5分鐘)

重構前後對比展示：

// 重構前的惡夢程式碼 (讓學生回憶痛苦)
public class OldLightController {
    public void controlLight(String brand, String action) {
        if (brand.equals("philips")) {
            if (action.equals("on")) {
                System.out.println("✨ Philips智慧燈泡優雅點亮");
            } else if (action.equals("off")) {
                System.out.println("🌙 Philips智慧燈泡柔和熄滅");
            }
        } else if (brand.equals("xiaomi")) {
            // ... 又是重複邏輯
        }
        // 想像這裡有100行類似程式碼...
    }
}

// 重構後的清爽程式碼
public class NewLightController {
    public void operateLight(SmartLight light, String action) {
        switch (action.toLowerCase()) {
            case "on":
                light.turnOn();
                break;
            case "off":
                light.turnOff();
                break;
            default:
                System.out.println("不支援的操作：" + action);
        }
    }
    
    // 一行程式碼控制所有品牌！
    public void turnOnAllLights(List<SmartLight> lights) {
        lights.forEach(SmartLight::turnOn);
    }
    
    public void setAllBrightness(List<SmartLight> lights, int level) {
        lights.forEach(light -> light.setBrightness(level));
    }
}

---

🚀 威力展示：多型的魔法 (20分鐘)

魔法時刻：同一段程式碼，不同執行結果

學生體驗任務：

public class PolymorphismDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 創建不同品牌的燈泡陣列
        List<SmartLight> lights = Arrays.asList(
            new PhilipsLight(),
            new XiaomiLight(),
            new IkeaLight(),
            new YeelightLight(),
        );
        
        // 神奇的事情發生了：
        // 同一行程式碼，卻產生5種不同的輸出！
        System.out.println("=== 魔法演示：一行程式碼，多種執行結果 ===");
        for (SmartLight light : lights) {
            light.turnOn(); // 看看會發生什麼！
        }
        
        System.out.println("\n=== 場景演示：回家模式 ===");
        homeScenario(lights);
        
        System.out.println("\n=== 場景演示：睡眠模式 ===");
        sleepScenario(lights);
    }
    
    // 學生實作：回家模式場景
    public static void homeScenario(List<SmartLight> lights) {
        // TODO: 實作回家時的燈光場景
        // 需求：所有燈開啟，亮度設為70%，色溫設為暖白光3000K
    }
    
    // 學生實作：睡眠模式場景  
    public static void sleepScenario(List<SmartLight> lights) {
        // TODO: 實作睡眠時的燈光場景
        // 需求：所有燈亮度調到10%，色溫調到2700K，然後關閉
    }
}

新品牌挑戰：零修改擴展

終極測試：

"現在公司簽下了新品牌Tesla智慧燈泡，特色是『科技感』和『極簡』。挑戰：在不修改任何現有程式碼的情況下，讓系統支援Tesla燈泡。"

學生任務：

public class TeslaLight implements SmartLight {
    // 學生獨立實作
    // 特色：科技感的輸出訊息
    // 例如："⚡ Tesla智慧燈具啟動中..." 
    //      "🔋 Tesla燈具進入節能模式"
}

// 測試：將TeslaLight加入現有系統
// 驗證：不用修改Controller和Demo程式碼

成就感驗證：

• 所有原本的場景程式碼都能直接支援Tesla燈泡
• Controller完全不需要修改
• 新品牌自動擁有所有功能

---

🎯 進階挑戰：多重介面組合 (25分鐘)

真實世界的複雜度

新情境設定：

"公司擴展業務，不只做燈泡，還要做智慧風扇、智慧音響、智慧窗簾。每種設備有不同的能力組合。"

能力導向設計思維

學生思考任務：

"如果把設備的『能力』拆解開來，你會定義哪些基本能力？"

引導學生設計多個Interface：

// 基本控制能力
public interface Controllable {
    void powerOn();
    void powerOff();
    boolean isOn();
}

// 亮度調節能力
public interface Dimmable {
    void setBrightness(int level);
    int getBrightness();
}

// 色溫調節能力  
public interface ColorTemperatureAdjustable {
    void setColorTemperature(int temp);
    int getColorTemperature();
}

// 音量控制能力
public interface VolumeControllable {
    void setVolume(int level);
    int getVolume();
}

// 轉速控制能力
public interface SpeedControllable {
    void setSpeed(int level);
    int getSpeed();
}

組合挑戰：實作智慧設備

學生分組實作任務：

第1組：智慧音響

// 音響需要：基本控制 + 音量控制
public class SmartSpeaker implements Controllable, VolumeControllable {
    private boolean isOn = false;
    private int volume = 50;
    private String brand;
    
    // TODO: 實作所有interface方法
    // 特色：音響相關的輸出訊息
}

第2組：智慧風扇

// 風扇需要：基本控制 + 轉速控制
public class SmartFan implements Controllable, SpeedControllable {
    // TODO: 實作wind-related的特色輸出
}

第3組：高階智慧燈泡

// 高階燈泡需要：基本控制 + 亮度調節 + 色溫調節
public class AdvancedSmartLight implements Controllable, Dimmable, ColorTemperatureAdjustable {
    // TODO: 整合所有燈泡功能
}

第4組：智慧窗簾

// 窗簾需要：基本控制 (開合)
public class SmartCurtain implements Controllable {
    // TODO: 實作窗簾特色功能
    // powerOn = 開啟窗簾, powerOff = 關閉窗簾
}

統一控制系統設計

終極挑戰：萬能控制器

public class UniversalController {
    // 學生設計：能控制所有類型設備的方法
    
    public void powerOnAllDevices(List<Controllable> devices) {
        // TODO: 一鍵開啟所有設備
    }
    
    public void adjustAllDimmableDevices(List<Dimmable> devices, int level) {
        // TODO: 調節所有可調光設備的亮度
    }
    
    public void setVolumeForAllSpeakers(List<VolumeControllable> devices, int volume) {
        // TODO: 調節所有音響設備的音量
    }
    
    // 學生挑戰：場景模式實作
    public void movieMode(List<Controllable> allDevices, 
                         List<Dimmable> lights,
                         List<VolumeControllable> speakers) {
        // TODO: 實作看電影模式
        // 需求：燈光調暗到30%，音響音量調到60%，窗簾關閉
    }
    
    public void workMode(List<Controllable> allDevices,
                        List<Dimmable> lights) {
        // TODO: 實作工作模式  
        // 需求：所有燈開到100%，風扇開到中速，音響關閉
    }
}

---

🏆 綜合實戰：智慧家庭系統 (15分鐘)

最終Boss戰：完整系統整合

學生團隊任務：

public class SmartHomeSystem {
    private List<Controllable> allDevices = new ArrayList<>();
    private List<Dimmable> dimmableDevices = new ArrayList<>();
    private List<VolumeControllable> audioDevices = new ArrayList<>();
    private List<SpeedControllable> speedDevices = new ArrayList<>();
    
    // TODO: 學生實作設備註冊方法
    public void registerDevice(Object device) {
        // 挑戰：自動判斷設備類型並加入對應清單
        // 提示：使用instanceof檢查interface
    }
    
    // TODO: 學生實作場景方法
    public void executeHomeScene() {
        // 回家場景：適合的燈光、音樂、通風
    }
    
    public void executeSleepScene() {
        // 睡眠場景：關閉不必要設備、調暗燈光
    }
    
    public void executePartyScene() {
        // 派對場景：明亮燈光、大聲音樂、強力通風
    }
    
    // TODO: 學生實作設備管理方法
    public void showAllDevicesStatus() {
        // 顯示所有設備的當前狀態
    }
}

系統展示與測試

public class SmartHomeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SmartHomeSystem home = new SmartHomeSystem();
        
        // 註冊各種設備
        home.registerDevice(new PhilipsLight());
        home.registerDevice(new SmartSpeaker("Sony"));
        home.registerDevice(new SmartFan("Dyson"));
        home.registerDevice(new SmartCurtain("IKEA"));
        
        // 場景演示
        System.out.println("=== 智慧家庭系統演示 ===");
        home.showAllDevicesStatus();
        
        System.out.println("\n執行回家場景...");
        home.executeHomeScene();
        
        System.out.println("\n執行睡眠場景...");
        home.executeSleepScene();
        
        home.showAllDevicesStatus();
    }
}

---

📊 學習成果驗收 (10分鐘)

程式碼品質對比分析

評估項目	課程開始版本	Interface重構版本	多介面組合版本
主要方法行數	≈ 50+ 行	≈ 10 行	≈ 5 行
新增品牌需修改的檔案數	1個大檔案	0個舊檔案	0個舊檔案
程式碼重複程度	高(每品牌重複)	低(共用邏輯)	極低(能力複用)
新人理解難度	高(長方法)	中(需理解介面)	低(職責清晰)
bug修復範圍	影響多品牌	只影響單一品牌	只影響單一能力

設計思維轉變檢查

自我評估問題：

1. 現在看到需要判斷「類型」的if-else時，你第一個想到什麼解決方案？
2. 如果要新增功能，你會先考慮什麼？
3. 面對複雜系統時，你會如何拆解問題？

下次遇到這些情況的行動計畫

學生制定OOP應用檢查清單：

• [ ] 一個方法超過20行且有多個if-else判斷類型
• [ ] 發現自己在複製貼上相似邏輯
• [ ] 新增一個類型需要修改多個地方
• [ ] 一個類別負責太多不相關的事情
• [ ] 需要支援多種「相似但不同」的物件

行動方案：

1. 先找出「共同行為」→ 設計Interface
2. 將「特定實作」→ 分離到不同Class
3. 用「多型」→ 統一處理邏輯
4. 用「組合」→ 靈活定義能力

---

🎯 課程總結：OOP的本質 (5分鐘)

核心洞察

OOP不是為了炫技，而是為了：

1. 管理複雜度 - 將大問題拆解成小問題
2. 提高可維護性 - 修改影響範圍最小化
3. 增強可擴展性 - 新增功能不改舊程式碼
4. 改善可理解性 - 每個類別職責單一明確

設計原則記憶口訣

• Interface: "定義能做什麼" (What)
• Class: "定義怎麼做" (How)
• Object: "執行實際操作" (Do)
• 多型: "同樣呼叫，不同結果" (Magic)

設計模式：OOP的高級應用

• Factory Pattern：物件創建的藝術
• Observer Pattern：事件驅動的設計
• Strategy Pattern：演算法的彈性切換

回家作業： 設計一個「線上購物車系統」，支援不同類型商品（實體商品、數位商品、訂閱服務），每種商品有不同的計價方式和配送方式。用今天學到的OOP概念來設計。

---

💡 教學技巧補充

關鍵教學時機把握

1. 痛苦驅動時機：當學生開始抱怨程式碼難寫時，正是引入解決方案的最佳時機
2. 啊哈時刻：當學生看到一行程式碼產生多種輸出時，要暫停讓他們充分體驗驚喜
3. 成就感強化：每當學生完成一個Interface實作，立即讓他們測試看到效果

常見學生困惑與解答

Q: Interface跟Class有什麼不同？ A: Interface是「能力合約書」，Class是「具體執行者」。合約書定義「必須能做什麼」，執行者負責「具體怎麼做」。

Q: 為什麼不直接寫Class就好？
A: 引導回想痛苦體驗：沒有統一規格時，Controller要怎麼統一處理不同品牌？

Q: 什麼時候該用多個Interface？ A: 當不同設備有不同「能力組合」時。音響不需要亮度調節，燈泡不需要音量控制。

程式碼漸進展示技巧

• 先讓學生寫出「壞」程式碼，體驗痛苦
• 再展示「好」程式碼，對比效果強烈
• 最後讓學生自己重構，獲得成就感

Contributors

lucashsu95

Changelog

Last edited 10 days ago

View full history

576d027-新增 Java OOP 概念的入門和進階章節

9370263-refactor: 修改LightController和TestApp類別名稱，增強一致性和可讀性

0f947a1-增加SEO封面圖

1f9189f-添加全面的 Java OOP 教程，其中包含實際範例和智慧家庭設備的介面實現