Интерфейсы в Java

В некоторых ситуациях, в процессе разработки программного обеспечения, возникает необходимость, когда разным группам программистов надо «договориться» о том, как их программы будут взаимодействовать. Каждая группа должна иметь возможность писать свой код не зависимо от того, как пишет его другая группа. Интерфейсы и есть этот «договор». Мы уже пользовались интерфейсами в уроке аннотации в Java.
В этом уроке мы изучим их подробнее: для чего они нужны, как их объявлять и т.д.

Представьте себе будущее, где автомобилями управляют компьютеры без участия человека. Производители автомобилей пишут программное обеспечение (на Java, конечно 🙂 ), которое управляет машиной — остановиться, поехать, повернуть и т.д. Другие разработчики делают системы, которые принимают данные GPS  (Global Positioning System) и используют эти данные для управления автомобилем. Производители автомобилей публикуют интерфейс-стандарт, который описывает методы для управления машиной. Таким образом сторонние разработчики могут знать какие методы вызывать, чтобы заставить автомобиль двигаться, а производители автомобилей могут изменять внутреннюю реализацию своего продукта в любое время. Ни одна из групп разработчиков не знает как написаны их программы.

Интерфейсы Java

Интерфейсы в Java во многом напоминают классы, но могут содержать только константы, сигнатуры методов и вложенные типы. В интерфейсах нет описания методов. Нельзя создать объект типа интерфейса (но можно использовать в качестве типа — интерфейсные ссылки, об этом позже) — интерфейсы могут только реализовываться некоторым классом или наследоваться другим интерфейсом. Объявление интерфейса очень похоже на объявление класса:

public interface OperateCar {

   // константы, если есть

   // enum перечисление направлений RIGHT, LEFT

   // сигнатуры методов
   int turn(Direction direction,
            double radius,
            double startSpeed,
            double endSpeed);
   int changeLanes(Direction direction,
                   double startSpeed,
                   double endSpeed);
   int signalTurn(Direction direction,
                  boolean signalOn);
   int getRadarFront(double distanceToCar,
                     double speedOfCar);
   int getRadarRear(double distanceToCar,
                    double speedOfCar);
}

Сигнатуры методов объявляются без скобок и заканчиваются точкой с запятой. Для использования интерфейса вы должны написать класс, который будет реализовывать ваш интерфейс. Класс который реализует интерфейс, должен описывать все методы, объявленные в интерфейсе. Например:

public class OperateBMW760i implements OperateCar {

    // здесь методы интерфейса OperateCar с описанием
    // например:
    int signalTurn(Direction direction, boolean signalOn) {
       // поворот RIGHT или LEFT поворотник on или off
    }
}

В примере выше — производители автомобилей пишут программное обеспечение каждый по-своему, но с одинаковым интерфейсом. Сторонние разработчики — клиенты интерфейса, могут писать собственно ПО с использованием методов, объявленных в интерфейсе.

Интерфейсы в качестве API

Пример с автомобилями показывает как интерфейсы могут использоваться в качестве API (Application Programming Interface) или интерфейса программирования приложений. Использование API — обычная практика при разработке коммерческого ПО.  Обычно компании-разработчики продают программное обеспечение, содержащее набор методов, которые другие компании хотят использовать в своих продуктах.

Интерфейсы и множественное наследование

Интерфейсы играют еще одну важную роль в языке программировния Java. Java не разрешает множественного наследования, но интерфейсы предоставляют альтернативу. В Java класс может наследовать только один класс, но может реализовывать много интерфейсов. Таким образом объекты могут иметь несколько типов: тип их собственного класса и типы всех реализуемых интерфейсов. При создании объектов класса в качестве типа может указываться имя реализованного в классе интерфейса. Другими словами, если класс реализует интерфейс, то ссылку на объект этого класса можно присвоить интерфейсной переменной — переменной, в качестве типа которой указано имя соответствующего интерфейса.

Объявление интерфейса

Объявление интерфейса содержит ключевое слово interface, имя интерфейса, список родительских интерфейсов через запятую (если есть) и тело интерфейса. Например:

public interface GroupedInterface extends Interface1, Interface2, Interface3 {

    // число e
    double E = 2.718282;

    // сигнатуры методов
    void doSomething (int i, double x);
    int doSomethingElse(String s);
}

Модификатор доступа public означает что интерфейс может быть использован любым классом в любом пакете. Если не определить интерфейс как публичный, он будет доступен только в рамках своего пакета. Интерфейс может наследовать другие интерфейсы, как классы могут наследовать другой класс. В отличие от классов, интерфейсы могут наследовать любое количество других интерфейсов.

Реализация интерфейса

Для объявления класса, реализующего интерфейс, вы должны использовать ключевое слово implements после которого перечисляются интерфейсы.
Класс может реализовывать много интерфейсов. Объявление реализуемых интерфейсов идет после объявления наследуемого (extends) класса (если есть).

Пример простого интерфейса

Рассмотрим интерфейс, который определяет метод для сравнения объектов.

public interface Relatable {

    // this (объект, который вызывает isLargerThan)
    // объект-параметр должен быть того же класса
    // возвращет 1, 0, -1
    // если объект больше, равен или
    // меньше чем other
    public int isLargerThan(Relatable other);
}

Чтобы иметь возможность сравнивать объекты мы должны реализовать интерфейс Relatable. Любой класс может реализовать интерфейс Relatable, если есть способ сравнить объекты. Для строк сравнивать можно количество символов, для книг — количество страниц, для студентов — вес и т.д. Для плоских геометрических фигур отличной характеристикой будет площадь, для трехмерных — объем. Все эти классы могут реализовать метод isLargerThan(). Если вы знаете, что класс реализует интерфейс Relatable, то вы смело можете сравнивать объекты этого класса.

Реализация интерфейса Relatable

Напишем класс Rectangle, реализующий интерфейс Relatable.

public class RectanglePlus
    implements Relatable {
    public int width = 0;
    public int height = 0;
    public Point origin;

    // четыре конструктора
    public RectanglePlus() {
        origin = new Point(0, 0);
    }
    public RectanglePlus(Point p) {
        origin = p;
    }
    public RectanglePlus(int w, int h) {
        origin = new Point(0, 0);
        width = w;
        height = h;
    }
    public RectanglePlus(Point p, int w, int h) {
        origin = p;
        width = w;
        height = h;
    }

    // метод для передвижения прямоугольника
    public void move(int x, int y) {
        origin.x = x;
        origin.y = y;
    }

    // вычисление площади
    public int getArea() {
        return width * height;
    }

    // метод для реализации интерфейса Relatable
    public int isLargerThan(Relatable other) {
        RectanglePlus otherRect
            = (RectanglePlus)other;
        if (this.getArea() < otherRect.getArea())
            return -1;
        else if (this.getArea() > otherRect.getArea())
            return 1;
        else
            return 0;
    }
}

Так как класс RectanglePlus реализует Relatable, размеры любых двух объектов типа RectanglePlus можно сравнивать.

Метод isLargerThan в качестве аргумента принимает объекты типа Relatable . При реализации метода в примере выше мы используем приведение типов, потому что компилятор не поймет что, other — объект типа RectanglePlus и вызов метода other.getArea() без приведения типов приведет к ошибке.

Использование интерфейса в качестве типа

Когда вы объявляете интерфейс, вы объявляете новый ссылочный тип данных. Вы можете использовать название интерфейса в качестве типа данных так же как и любые другие типы. Если вы объявляете переменную типа интерфеса, то вы можете можете присвоить ей объект любого класса, который реализует этот интерфейс.

Рассмотрим пример — метод, который ищет больший объект из двух любых объектов, класс которых реализует интерфейс Relatable:

public Object findLargest(Object object1, Object object2) {
   Relatable obj1 = (Relatable)object1;
   Relatable obj2 = (Relatable)object2;
   if ((obj1).isLargerThan(obj2) > 0)
      return object1;
   else
      return object2;
}

Приведением object1 к типу Relatable, мы делаем возможным вызов метода isLargerThan.

Так же для любого класса, реализующего интерфес Relatable, можно реализвать методы:

public Object findSmallest(Object object1, Object object2) {
   Relatable obj1 = (Relatable)object1;
   Relatable obj2 = (Relatable)object2;
   if ((obj1).isLargerThan(obj2) < 0)
      return object1;
   else
      return object2;
}

public boolean isEqual(Object object1, Object object2) {
   Relatable obj1 = (Relatable)object1;
   Relatable obj2 = (Relatable)object2;
   if ( (obj1).isLargerThan(obj2) == 0)
      return true;
   else
      return false;
}

Переопределение интерфейсов

Допустим, вы написали интерфейс DoIt:

public interface DoIt {
   void doSomething(int i, double x);
   int doSomethingElse(String s);
}

Предположим, позже, вы захотели добавить в него третий метод:

public interface DoIt {

   void doSomething(int i, double x);
   int doSomethingElse(String s);
   boolean didItWork(int i, double x, String s);

}

Если вы сделаете это изменение, то все классы, реализующие этот интерфейс сломаются, т.к. они перестанут его реализовывать.

Старайтесь избегать подобных изменений и продумывать интерфейс полностью изначально. Но часто на практике это невозможно и выходом из этой ситуации может быть определение нового интерфейса DoItPlus, который расширяет DoIt:

public interface DoItPlus extends DoIt {

   boolean didItWork(int i, double x, String s);

}

Теперь пользователи вашего интерфейса смогут перейти к использованию нового интерфейса или остаться со старым без боли.

На этом всё! 🙂