واجهات جافا: تعريف العقود و implements

الواجهة عقد

تعلن الواجهة عمّا تستطيع فعله الفئة دون أن تذكر كيف. إنها قائمة من توقيعات المنهجيات التي يَعِد كل صنف منفِّذ بالوفاء بها. الهدف هو فك الارتباط: يمكن للشيفرة أن تتعامل مع نوع الواجهة دون أن تهتم بأي صنف ملموس يقف خلفه.

interface Shape {
    double area();          // كل Shape يجب أن يوفر area
    double perimeter();
}

class Circle implements Shape {
    private final double radius;

    Circle(double radius) { this.radius = radius; }

    public double area() { return Math.PI * radius * radius; }
    public double perimeter() { return 2 * Math.PI * radius; }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Shape s = new Circle(2.0);
        System.out.printf("area %.2f, perimeter %.2f%n", s.area(), s.perimeter());
    }
}

Circle implements Shape تعني أن Circle يجب أن يُعرّف area و perimeter. وبمجرد أن يفعل ذلك، يصبح Circle هو Shape ويمكن تخزينه في متغير من نوع Shape.

أصناف كثيرة، نوع واحد

تتجلى القوة عندما تنفّذ عدة أصناف غير مترابطة الواجهة نفسها. فالشيفرة المكتوبة وفق Shape تتعامل معها جميعاً:

import java.util.List;

interface Shape {
    double area();
}

class Circle implements Shape {
    private final double r;
    Circle(double r) { this.r = r; }
    public double area() { return Math.PI * r * r; }
}

class Rectangle implements Shape {
    private final double w, h;
    Rectangle(double w, double h) { this.w = w; this.h = h; }
    public double area() { return w * h; }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Shape> shapes = List.of(new Circle(1), new Rectangle(2, 3), new Circle(2));

        double total = 0;
        for (Shape shape : shapes) {
            total += shape.area();   // يعمل مع كل Shape، أياً كان صنفه
        }
        System.out.printf("total area: %.2f%n", total);
    }
}

لا تسأل الحلقة أبداً "هل هذا Circle أم Rectangle؟" - بل تستدعي area() ببساطة وتثق بالعقد. وإضافة Triangle لاحقاً لا تتطلب أي تغيير هنا.

تنفيذ واجهات متعددة

يَرِث الصنف صنفاً واحداً فقط، لكنه يستطيع تنفيذ أي عدد من الواجهات - وهكذا تحقق جافا "الوراثة المتعددة" للسلوك بأمان:

interface Drawable { void draw(); }
interface Resizable { void resize(double factor); }

class Sprite implements Drawable, Resizable {
    private double scale = 1.0;

    public void draw() { System.out.println("drawing at scale " + scale); }
    public void resize(double factor) { scale *= factor; }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Sprite s = new Sprite();
        s.resize(2.0);
        s.draw();
    }
}

اسرد الواجهات مفصولة بفواصل بعد implements. وعلى الصنف أن يلبّيها جميعاً.

منهجيات default و static

منذ جافا 8، يمكن للواجهة أن تتضمن أجسام منهجيات. تمنح منهجية default الأصناف المنفِّذة تنفيذاً جاهزاً ترثه مجاناً (ويمكنها تجاوزه):

interface Greeter {
    String name();

    default String greet() {        // تنفيذ مشترك
        return "Hello, " + name();
    }
}

class English implements Greeter {
    public String name() { return "world"; }
    // greet() موروثة من الواجهة
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(new English().greet());
    }
}

تتيح منهجيات default للواجهة أن تتطور - بإضافة منهجية دون كسر كل المنفِّذين الموجودين. أما منهجية الواجهة static فهي على النقيض أداة مساعدة تستدعيها على الواجهة نفسها، مثل Comparator.naturalOrder().

الثوابت

حقول الواجهة هي ضمناً public static final - فهي ثوابت، لا حالة للنسخة:

interface Physics {
    double GRAVITY = 9.81;   // automatically public static final
}

لا تحتفظ الواجهات تقليدياً بأي حالة لكل كائن؛ وغياب حقول النسخة جزء مما يميزها عن الأصناف.

الواجهات الوظيفية

الواجهة التي تمتلك منهجية مجردة واحدة بالضبط هي واجهة وظيفية، ويمكنك تنفيذها بتعبير لامدا بدلاً من صنف كامل:

interface Transformer {
    int apply(int x);
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Transformer doubler = x -> x * 2;     // تعبير لامدا ينفّذ المنهجية الوحيدة
        System.out.println(doubler.apply(21));
    }
}

هذا هو أساس تعبيرات لامدا في جافا وأنواع java.util.function (مثل Function و Predicate و Supplier وأخواتها). يجعل التوسيم @FunctionalInterface النية صريحة ويتيح للمترجم فرض قاعدة المنهجية الوحيدة.

الواجهة مقابل الصنف المجرد

كلاهما يتيح لك البرمجة وفق تجريد، فمتى تختار أحدهما؟

• الواجهة - قدرة يمكن لأصناف غير مترابطة مشاركتها. يمكن أن يكون كل من Bird و Airplane من نوع Flyable. ويمكن لصنف أن ينفّذ العديد منها. لا حالة للنسخة.
• الصنف المجرد - حالة وشيفرة مشتركة بين أصناف وثيقة الصلة. يَرِث كل من Cat و Dog الصنف Animal، فيرثان حقولاً مشتركة ومنهجيات منفَّذة جزئياً. ولا يَرِث الصنف سوى صنف واحد.

ثمة نمط شائع يجمع بينهما: تعرّف واجهة العقد، وينفّذ صنف مجرد الأجزاء المتكررة، بحيث لا تملأ الأصناف الفرعية الملموسة سوى التفاصيل الخاصة.

التالي: الأصناف المجردة

تعرّف الواجهات السلوك دون حالة. أما الأصناف المجردة فتقع بين الواجهات والأصناف الكاملة - إذ يمكنها أن تعلن منهجيات غير منفَّذة و أن تحمل حقولاً ومُنشئات في آنٍ معاً. وذلك موضوع الصفحة التالية.