第三章：抽象的力量 - 多型與組合設計
3.1 多型（Polymorphism）：同一介面，多種實作
什麼是多型？
想像一個遙控器（介面），它只有「開機」、「關機」按鈕。無論你控制的是 Sony 電視還是 Samsung 電視，你只需要按相同的按鈕。這就是多型的威力：
同一個操作，根據不同物件類型，產生不同的行為
魔法時刻：一行程式碼，多種結果
實做一個開啟所有燈具的方法turnOnAllLight()
java
class LightController {
public void turnOnAllLight() {
System.out.println("=== 一行程式碼，多種執行結果 ===");
// 神奇的事情：同一行程式碼，產生 5 種不同的輸出！
for (SmartLight light : lights) {
light.turnOn(); // 每個燈泡執行自己品牌的 turnOn()
}
}
}
public class App {
public static void main(String[] args) {
LightController controller = new LightController();
controller.turnOnAllLight();
controller.showAllLightStatus();
}
}輸出結果：
=== 一行程式碼，多種執行結果 ===
xiaomi 燈泡瞬間點亮
osram 專業燈具點亮
philips 智慧燈泡優雅點亮
yeelight 智慧燈啟動
ikea 燈具溫馨啟動
=== 所有燈具狀態總覽 ===
xiaomi: ON | 亮度: 50% | 色溫: 4000K
osram: ON | 亮度: 50% | 色溫: 3500K
philips: ON | 亮度: 50% | 色溫: 3000K
yeelight: ON | 亮度: 50% | 色溫: 4000K
ikea: ON | 亮度: 50% | 色溫: 2700K關鍵理解：
- 程式碼只知道
SmartLight介面 - 實際執行時，會根據物件的真實類型調用對應的方法
- 這讓程式碼具有極大的彈性
3.2 情境實戰：跨平台通知系統
問題描述
你的應用需要發送通知給使用者。一開始只用電子郵件，後來要加簡訊、App 推播...
不使用 OOP 的做法（災難）：
java
public class NotificationManager {
public void sendNotification(String type, String message) {
if (type.equals("email")) {
System.out.println("發送郵件: " + message);
// 郵件 API 邏輯...
} else if (type.equals("sms")) {
System.out.println("發送簡訊: " + message);
// 簡訊 API 邏輯...
} else if (type.equals("push")) {
System.out.println("發送推播: " + message);
// 推播 API 邏輯...
}
// 每次新增通知方式，都要改這個方法...
}
}OOP 解決方案
步驟 1：定義 Notifier 介面
java
/**
* Notifier 介面：定義通知服務的行為契約
*/
interface Notifier {
void send(String message);
}步驟 2：實作各種通知類別
java
// 電子郵件通知
class EmailNotifier implements Notifier {
@Override
public void send(String message) {
System.out.println("發送電子郵件通知: " + message);
// 真實的郵件 API 呼叫...
}
}
// 簡訊通知
class SmsNotifier implements Notifier {
@Override
public void send(String message) {
System.out.println("發送簡訊通知: " + message);
// 真實的簡訊 API 呼叫...
}
}
// App 推播通知
class PushNotifier implements Notifier {
@Override
public void send(String message) {
System.out.println("發送 App 推播通知: " + message);
// 真實的推播 API 呼叫...
}
}步驟 3：統一使用（多型的威力）
java
class NotificationService {
// 這個方法只認識 Notifier 介面，不關心具體實作
public static void sendNotification(Notifier notifier, String message) {
System.out.println("準備發送通知...");
notifier.send(message);
System.out.println("通知發送完成\n");
}
public static void main(String[] args) {
// 創建不同的通知器
Notifier email = new EmailNotifier();
Notifier sms = new SmsNotifier();
Notifier push = new PushNotifier();
// 用同一個方法發送不同類型的通知
sendNotification(email, "您的帳號已成功註冊");
sendNotification(sms, "您的訂單已出貨");
sendNotification(push, "您有新訊息");
}
}3.3 組合模式：多重通知器
新需求：重要通知要同時發送多種方式
java
/**
* CompositeNotifier：組合多個通知器
* 它本身也是一個 Notifier！（這就是組合模式的精髓）
*/
class CompositeNotifier implements Notifier {
private List<Notifier> notifiers;
public CompositeNotifier(List<Notifier> notifiers) {
this.notifiers = notifiers;
}
@Override
public void send(String message) {
System.out.println("正在透過多個渠道發送重要通知...");
for (Notifier notifier : notifiers) {
notifier.send(message);
}
}
}使用組合通知器：
java
class CompositeDemo {
public static void main(String[] args) {
// 創建重要通知器：同時發送郵件和簡訊
List<Notifier> importantChannels = Arrays.asList(
new EmailNotifier(),
new SmsNotifier()
);
Notifier importantNotifier = new CompositeNotifier(importantChannels);
// 神奇的地方：它也是一個 Notifier，可以用同樣的方式呼叫
NotificationService.sendNotification(
importantNotifier,
"您的密碼已被重設，請立即確認！"
);
}
}3.4 多重能力組合：Interface 的進階應用
情境：智慧家庭設備有不同的能力組合
- 智慧燈泡：可控制 + 可調光 + 可調色溫
- 智慧音響：可控制 + 可調音量
- 智慧風扇：可控制 + 可調轉速
拆解能力為多個 Interface
java
// 基本控制能力
interface Controllable {
void powerOn();
void powerOff();
boolean isOn();
}
// 亮度調節能力
interface Dimmable {
void setBrightness(int level);
int getBrightness();
}
// 色溫調節能力
interface ColorTemperatureAdjustable {
void setColorTemperature(int temp);
int getColorTemperature();
}
// 音量控制能力
interface VolumeControllable {
void setVolume(int level);
int getVolume();
}組合不同能力
java
// 智慧音響：基本控制 + 音量控制
class SmartSpeaker implements Controllable, VolumeControllable {
private boolean isOn = false;
private int volume = 50;
@Override
public void powerOn() {
isOn = true;
System.out.println("音響開啟");
}
@Override
public void powerOff() {
isOn = false;
System.out.println("音響關閉");
}
@Override
public boolean isOn() {
return isOn;
}
@Override
public void setVolume(int level) {
volume = level;
System.out.println("音量調整至 " + level);
}
@Override
public int getVolume() {
return volume;
}
}
// 高階智慧燈泡：基本控制 + 亮度調節 + 色溫調節
class AdvancedSmartLight implements Controllable, Dimmable, ColorTemperatureAdjustable {
// 實作所有介面的方法...
}3.5 三種 OOP 關係：extends 繼承 vs implements 介面 vs 抽象類別
Inheritance (extends)：繼承關係
java
// 父類別：定義動物的基本特徵
class Animal {
protected String name;
protected int age;
public Animal(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
// 所有動物都有的行為
public void sleep() {
System.out.println(name + " 正在睡覺...");
}
public void eat() {
System.out.println(name + " 正在吃東西...");
}
// 可以被覆寫的方法
public void makeSound() {
System.out.println(name + " 發出聲音...");
}
}
// 子類別：繼承父類別的所有特徵
class Dog extends Animal {
private String breed;
public Dog(String name, int age, String breed) {
super(name, age); // 呼叫父類別建構子
this.breed = breed;
}
// 覆寫父類別方法
@Override
public void makeSound() {
System.out.println(name + " 汪汪叫！");
}
// 新增子類別特有的方法
public void wagTail() {
System.out.println(name + " 搖尾巴表示開心");
}
}
class Cat extends Animal {
public Cat(String name, int age) {
super(name, age);
}
@Override
public void makeSound() {
System.out.println(name + " 喵喵叫～");
}
public void climb() {
System.out.println(name + " 爬到高處");
}
}繼承的使用範例：
java
public class InheritanceDemo {
public static void main(String[] args) {
// 創建不同動物
Dog myDog = new Dog("旺財", 3, "黃金獵犬");
Cat myCat = new Cat("小咪", 2);
// 繼承來的方法，所有子類別都有
myDog.sleep(); // 繼承自 Animal
myCat.eat(); // 繼承自 Animal
// 各自覆寫的方法，展現多型
myDog.makeSound(); // 輸出：旺財 汪汪叫！
myCat.makeSound(); // 輸出：小咪 喵喵叫～
// 子類別特有的方法
myDog.wagTail(); // Dog 類別特有
myCat.climb(); // Cat 類別特有
// 多型應用：父類別引用指向子類別物件
Animal[] animals = {myDog, myCat};
for (Animal animal : animals) {
animal.makeSound(); // 會呼叫各自覆寫的版本
}
}
}Abstract Class（抽象類別）
java
// 抽象類別：定義動物的共同特徵，但某些方法必須由子類別實作
public abstract class Animal {
protected String name;
protected int age;
public Animal(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
// 具體方法：所有動物都有相同實作
public void sleep() {
System.out.println(name + " 正在睡覺...");
}
// 抽象方法：每種動物必須有自己的實作
public abstract void makeSound();
public abstract void move();
}
public class Bird extends Animal {
public Bird(String name, int age) {
super(name, age);
}
@Override
public void makeSound() {
System.out.println(name + " 啾啾叫");
}
@Override
public void move() {
System.out.println(name + " 在天空飛翔");
}
}三種關係的對比表格
| 特徵 | Interface（implements） | Abstract Class（extends） | Concrete Class（extends） |
|---|---|---|---|
| 設計目的 | 定義「能力」（can-do） | 定義「身份」+ 共同實作 | 定義「具體類型」 |
| 繼承數量 | 可實作多個 | 只能繼承一個 | 只能繼承一個 |
| 方法實作 | 預設抽象方法（Java 8+可有default） | 可以有具體方法和抽象方法 | 全部都是具體方法 |
| 建構子 | 不能有 | 可以有 | 可以有 |
| 屬性 | 只能有 public static final | 可以有各種屬性 | 可以有各種屬性 |
| 使用時機 | 不同類別有相同能力時 | 有共同屬性和部分共同行為時 | 完全共用實作邏輯時 |
| 關鍵字 | implements | extends | extends |
| 多型支援 | ✅ 支援 | ✅ 支援 | ✅ 支援 |
| 設計原則 | 優先使用（更靈活） | 謹慎使用（有共同實作時） | 謹慎使用（避免深層繼承） |
經典設計原則
「優先使用組合而非繼承，優先使用介面而非抽象類別」
為什麼？
- 繼承創造了強耦合關係
- 組合提供更大的彈性
- 介面定義契約而不強制實作方式
- 抽象類別介於兩者之間，適合有共同實作的場景
Contributors
lucashsu95