final／Object／instanceof

如果在指定變數值之後，就不想再改變變數值，可以在宣告變數時加上 final 限定，如果後續撰寫程式時，自己或別人不經意想修改 final 變數，就會出現編譯錯誤。

final 與類別定義

如果物件資料成員被宣告為 final，但沒有明確使用 = 指定值，那表示延遲物件成員值的指定，在建構式執行流程中，一定要有對該資料成員指定值的動作，否則編譯錯誤。

class 前也可以加上 final 關鍵字，如果 class 前使用了 final 關鍵字定義，那麼表示這個類別是最後一個了，不會再有子類別，也就是不能被繼承。有沒有實際的例子呢？有的！String 在定義時就限定為 final 了。

定義方法時，也可以限定該方法為 final，這表示最後一次定義方法了，也就是子類別不可以重新定義 final 方法。有沒有實際的例子呢？有的！ java.lang.Object 就有幾個 final方法，例如 notify、notifyAll，如果嘗試在繼承父類別後，重新定義 final 方法，會發生編譯錯誤。

在 Java SE API 會宣告為 final 的類別或方法，通常與 JVM 物件或作業系統資源管理有密切相關，因此不希望 API 使用者繼承或重新定義。

java.lang.Object

在 Java 中，子類別只能繼承一個父類別，如果定義類別時沒有使用 extends 關鍵字指定繼承任何類別，那一定是繼承 java.lang.Object，也就是說，如果你如下定義類別：

public class Some {
   ...
}

那就相當於如下撰寫：

public class Some extends Object {
   ...
}

因此在 Java，任何類別追溯至最上層父類別，一定就是 java.lang.Object，也就是所有物件，都「是一種」Object，如下撰寫程式是合法的：

Object o1 = "Justin";
Object o2 = new Date();

String 是一種 Object，Date 是一種 Object，任何型態的物件，都可以使用 Object 宣告的名稱來參考。這有什麼好處？如果有個需求是使用陣列收集各種物件，那該宣告為什麼型態呢？答案是 Object[]。例如：

Object[] objs = {"Monica", new Date(), new SwordsMan()};
var name = (String) objs[0];
var date = (Date) objs[1];
var swordsMan = (SwordsMan) objs[2];

因為陣列長度有限，使用陣列來收集物件不是那麼地方便，以下定義的 ArrayList 類別，則可以不限長度地收集物件：

package cc.openhome;

import java.util.Arrays;

public class ArrayList {
    private Object[] list;
    private int next;
   
    public ArrayList(int capacity) {
        list = new Object[capacity];
    }

    public ArrayList() {
        this(16);
    }

    public void add(Object o) {
        if(next == list.length) {
            list = Arrays.copyOf(list, list.length * 2);
        }
        list[next++] = o;
    }
    
    public Object get(int index) {
        return list[index];
    }
    
    public int size() {
        return next;
    }
}

自定義的 ArrayList 類別，內部使用 Object 陣列來收集物件，每一次收集的物件會放在 next 指定的索引處，在建構 ArrayList 實例時，可以指定內部陣列初始容量，如果使用無參數建構式，則預設容量為 16。

如果要收集物件，可透過 add方法，參數型態為 Object，可以接收任何物件，如果內部陣列原長度不夠，就使用 Arrays.copyOf 方法自動建立原長度兩倍的陣列並複製元素，如果想取得收集之物件，可以使用 get 指定索引取得，如果想知道已收集的物件個數，則透過 size 方法得知。

以下使用自定義的 ArrayList 類別，可收集訪客名稱，並將名單轉為大寫後顯示：

package cc.openhome;

import java.util.Scanner;
import static java.lang.System.out;

public class Guest {
    public static void main(String[] args) {
        var names = new ArrayList();
        collectNameTo(names);
        out.println("訪客名單：");
        printUpperCase(names);
    }

    static void collectNameTo(ArrayList names) {
        var scanner = new Scanner(System.in);
        while(true) {
            out.print("訪客名稱：");
            var name = scanner.nextLine();
            if(name.equals("quit")) {
                break;
            }
            names.add(name);
        }
    }

    static void printUpperCase(ArrayList names) {
        for(var i = 0; i < names.size(); i++) {
            var name = (String) names.get(i);
            out.println(name.toUpperCase());
        }        
    }
}

一個執行結果如下所示：

訪客名稱：Justin
訪客名稱：Monica
訪客名稱：Irene
訪客名稱：quit
訪客名單：
JUSTIN
MONICA
IRENE

java.lang.Object 是所有類別的頂層父類別，這代表了 Object 定義的方法都繼承下來了，只要不是被定義為 final 的方法，都可以重新定義。

重新定義 toString

舉例來說，在〈protected／super〉的範例中，SwordsMan 等類別曾定義過 toString 方法，其實 toString 是 Object 定義的方法，Object 的 toString 預設定義為：

public String toString() {
    return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}

實際上〈protected／super〉的範例中，SwordsMan 等類別，是重新定義了 toString，許多方法若傳入物件，預設都會呼叫 toString，例如 System.out.print 等方法就會呼叫 toString 以取得字串描述來顯示，〈protected／super〉的這個程式片段：

var swordsMan = new SwordsMan();
...略
System.out.println(swordsMan.toString());
var magician = new Magician();
...略
System.out.printf(magician.toString());

實際上只要這麼撰寫就可以了：

var swordsMan = new SwordsMan();
...略
System.out.println(swordsMan);
var magician = new Magician();
...略
System.out.printf(magician);

重新定義 equals

要比較兩個物件的實質相等性，並不是使用 ==，而是透過 equals 方法，你看過 Integer 等包裹器，以及字串相等性比較時，都是使用 equals 方法。

實際上 equals 方法是 Object 類別就有定義的方法，其程式碼實作是：

public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
}

如果沒有重新定義 equals，使用 equals 方法時，作用等同於 ==，要比較實質相等性，必須自行重新定義。一個簡單的例子是比較，兩個 Cat 物件是否實際上代表同一隻 Cat 的資料：

public class Cat {
    ...
    public boolean equals(Object other) {
        // other 參考的就是這個物件，當然是同一物件
        if(this == other) {
            return true;
        }

        /* other 參考的物件是不是 Cat 建構出來的
            例如若是 Dog 建構出來的當然就不用比了 */
        if(other instanceof Cat) {
            var cat = (Cat) other;
            // 定義如果名稱與生日，表示兩個物件實質上相等
            return getName().equals(cat.getName()) &&
                   getBirthday().equals(cat.getBirthday());
        }

        return false;
    }
}

這個程式片段示範了 equals 實作的基本概念，相關說明都以註解方式呈現了，這邊也看到了 instanceof 運算子，它可以用來判斷物件是否由某個類別建構，左運算元是物件，右運算元是類別，在使用 instanceof 時，編譯器還會來幫點忙，會檢查左運算元型態是否在右運算元型態的繼承架構中（或介面實作架構中，之後會說明介面）。

執行時期，並非只有左運算元物件為右運算元類別直接實例化才傳回 true，只要左運算元型態是右運算元型態的子類型，instanceof 也是傳回 true。

這邊僅示範了 equals 實作的基本概念，實際上實作 equals 並非這麼簡單，實 equals 時通常也要實作 hashCode，這之後還會說明。

instanceof 模式比對

Java SE 16 為 instanceof 增加了模式比對（Pattern matching）的功能，右運算元的型態右方，可以指定名稱，若型態比對符合，物件就會指定給該名稱，例如：

public class Cat {
    ...
    public boolean equals(Object other) {
        // other參考的就是這個物件，當然是同一物件
        if(this == other) {
            return true;
        }

        // 使用Java SE 16模式比對
        if(other instanceof Cat cat) { 
            return getName().equals(cat.getName()) &&
                   getBirthday().equals(cat.getBirthday());
        }

        return false;
    }
}

instanceof 模式比對時指定的名稱，只有在 instanceof 判斷為 true 的場合才能存取，例如：

public class Cat {
    ...
    public boolean equals(Object other) {
        if(this == other) {
            return true;
        }

        if(!(other instanceof Cat cat)) {        
            // 因為other instanceof Cat 為 false，這邊不能存取 cat
            return false;
        }
       
        // 這邊可以存取 cat
        return getName().equals(cat.getName()) &&
                getBirthday().equals(cat.getBirthday());
    }
}

在上例中，雖然if中的條件判斷式 !(other instanceof Cat cat) 結果為 true，然而因為 other instanceof Cat為false，if 區塊中無法存取 cat，這很合理，畢竟 other instanceof Cat 為 false，本來就不該當成 Cat 來使用，編譯器就直接阻止你使用 cat 了。

不過這只是示範，就這個例子來說，反相 instanceof 的結果，也只是讓可讀性變差了，請別這麼做！

instanceof 模式比對指定的名稱，結合 &&、|| 或 ?: 三元運算子時，也要留意範圍問題。