Java 類別進階特性：繼承、多型、介面、轉型與特殊參考

Java 類別進階機制深度解析

繼承、多型、介面是 Java 物件導向的三大支柱。本文系統整理類別繼承機制、方法覆寫、介面契約、型別轉型規則，以及 this、super、null 三大特殊參考的運作原理。

1. 繼承：extends 關鍵字

• 子類別繼承父類別 non-private 欄位與方法。
• 單一繼承：一個類別只能 extends 一個父類別。
• 所有類別隱含繼承 java.lang.Object。

import shapes.Rectangle;
public class FilledRect extends Rectangle {
    // 自動擁有 width、height、getArea() 等
}

2. 方法覆寫與多型

• 覆寫：子類別提供相同簽名的方法實作，取代父類別行為。
• @Override 註解：編譯期驗證確實覆寫，防拼字錯誤。
• final 方法：禁止覆寫。
• 動態繫結：執行期依物件實際型別決定呼叫哪個版本。

@Override
public void drawRect() {
    for (int i = height; i > 0; i--)
        System.out.println(makeString('#', width)); // 使用 StringBuilder 優化
}

private String makeString(char ch, int n) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder(n);
    for (int i = 0; i < n; i++) sb.append(ch);
    return sb.toString();
}

注意：子類別建構子必須呼叫 super(...) 初始化父類別狀態。

3. 介面：契約導向設計

• 介面方法預設 public abstract（Java 8+ 可有 default/static 實作）。
• 介面欄位隱含 public static final。
• 多重實作：一個類別可 implements 多個介面。

public interface Shape {
    void draw(); // 抽象方法
    default void info() { System.out.println("Shape"); } // Java 8+ 預設實作
}

public class Circle implements Shape {
    public void draw() { /* 繪製圓形 */ }
}

4. 型別轉型規則

安全模式：if (obj instanceof Child) { Child c = (Child) obj; }（Java 16+ 支援 pattern matching：if (obj instanceof Child c)）

5. 三大特殊參考

6. 設計原則總結

1. 組合優於繼承：靈活性更高，避免脆弱基底類別問題。
2. 介面隔離：依賴抽象而非具體類別。
3. 里氏替換原則：子類別必須能替換父類別而不破壞正確性。
4. 慎用向下轉型：多用多型設計，減少 instanceof。