Java 中的 Object 類別

1. 概述

在Java中， Object類別是類別層次結構的根。 Java中的每個類別都是Object的直接或間接子類別。因此，所有物件（包括數組）都繼承了Object類別的方法實現，並且可以根據需要重寫這些方法。

在本快速概覽指南中，我們將詳細討論Object類別。

2. `Object`類別的重要性

Object類別之所以重要，原因有以下幾點：

通用基底類別：它為所有物件提供了一個通用類型，因此Object類型的變數可以持有對任何物件的參考。假設我們有一個Car類別。那麼，我們可以這樣寫： Object obj = new Car(); 。
多態性： Object中定義的方法（例如equals和toString ）建立了一個所有物件都必須遵守的契約，從而允許與各種類型的物件進行一致的互動。
集合框架：Java 集合框架中的許多類，如ArrayList和HashMap ，都設計用於處理Object引用，嚴重依賴equals()和hashCode()的正確實作。

3. `Object`類別的關鍵方法

Object類別提供了其他所有類別都繼承的幾個方法：

方法	目的	筆記
`equals(Object obj)`	表示其他物件是否與此物件「相等」。	通常，我們應該重寫此方法，以便對物件的狀態（內容）進行有意義的比較，而不僅僅是對記憶體位址進行比較。
`hashCode()`	傳回物件的雜湊碼值。	無論何時重寫`equals()`都必須重寫`hashCode()` ，以確保兩個相等的物件具有相同的雜湊碼，這對於`HashMap`和`HashSet`等集合至關重要。
`toString()`	傳回物件的字串表示形式。	預設實作傳回一個字串，其中包含類別名稱、「@」符號和物件哈希碼的無符號十六進位表示形式。我們應該重寫此實作以描述物件的內容。
`getClass()`	傳回此`Object`的運行時類別。	我們可以使用傳回的`Class`物件進行反射－在執行時檢查或修改類別的行為。
`clone()`	建立並傳回此物件的副本。	要求類別實作`Cloneable`介面。預設實作執行的是淺拷貝。通常我們需要重寫該實作並處理`CloneNotSupportedException` 。
`wait(), notify(), notifyAll()`	用於線程間通信和同步。	這些方法通常在與物件關聯的監視器（鎖）上調用，並在同步程式碼區塊或方法中使用。
`finalize()`	當垃圾回收器確定不再有任何物件參考時，該物件會被垃圾回收器呼叫。	此方法已棄用，不應再用於資源清理。現代 Java 實作更傾向於使用`try-with-resources`或其他明確的清理機制。

4. 範例類

我們來使用一個簡單的Car類，它重寫了幾個標準的Object方法。為了正確支援clone()方法， Car類別必須實作標記介面Cloneable並重寫受保護的clone()方法：

public class Car implements Cloneable {

 private String make;

 private int year;



 public Car(String make, int year) {

 this.make = make;

 this.year = year;

 }



 public String getMake() {

 return make;

 }



 public int getYear() {

 return year;

 }



 @Override

 public boolean equals(Object obj) {

 if (this == obj) return true;

 if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;

 Car car = (Car) obj;

 return year == car.year && Objects.equals(make, car.make);

 }



 @Override

 public int hashCode() {

 return Objects.hash(make, year);

 }



 @Override

 public String toString() {

 return "Car{"

 + "make='" + make + '\''

 + ", year=" + year

 + '}';

 }



 @Override

 public Object clone() throws CloneNotSupportedException {

 return super.clone();

 }

 }

因此，該類別使用了equals() 、 hashCode()和toString()的標準實作。此外，它重寫了Object中的受保護的clone()方法以執行淺拷貝。這是實現Cloneable標記介面時的標準模式。

5. 探索方法

讓我們使用 JUnit 測試來示範這些方法的行為。

5.1. `equals(Object obj)`

首先，我們驗證**equals()方法滿足自反性、對稱性、傳遞性和一致性**：

@Test

 void givenACarObject_whenTestingObjectEqualsItself_thenEqualsReflexive() {

 Car car1 = new Car("Honda", 2020);

 assertTrue(car1.equals(car1));

 }



 @Test

 void givenTwoCarObjects_whenTestingSymmetric_thenEqualsSymmetric() {

 Car car1 = new Car("Honda", 2020);

 Car car2 = new Car("Honda", 2020);

 assertTrue(car1.equals(car2));

 assertTrue(car2.equals(car1);

 }



 @Test

 void givenThreeCarObjects_whenTestingTransitive_thenEqualsTransitive() {

 Car car1 = new Car("Honda", 2020);

 Car car2 = new Car("Honda", 2020);

 Car car3 = new Car("Honda", 2020);



 assertTrue(car1.equals(car2));

 assertTrue(car2.equals(car3));

 assertTrue(car1.equals(car3));

 }



 @Test

 void givenTwoDifferentCarObjects_whenComparingWithEquals_thenEqualsReturnsFalse() {

 Car car1 = new Car("Honda", 2020);

 Car car2 = new Car("Toyota", 2020);

 assertFalse(car1.equals(car2));

 }



 @Test

 void givenANonNullCarObject_whenTestingAgainstNull_thenEqualsReturnsFalse() {

 Car car1 = new Car("Honda", 2020);

 assertFalse(car1.equals(null));

 }

從這些例子我們可以看出，「自反性」意味著一個物件等於它自己。此外，「對稱性」意味著如果car1.equals(car2)為true ，那麼car2.equals(car1)也為true 。另外，「傳遞性」意味著如果a==b且b==c ，那麼a==c 。接下來，我們驗證了具有不同狀態的物件不相等的一致性。最後，我們看到equals()對null輸入回傳false 。

5.2. `hashCode()`

hashCode()方法確保如果兩個物件根據equals()方法判斷為相等，則對每個物件呼叫hashCode()會產生相同的整數結果；相等的物件必須具有相同的雜湊碼：

@Test

 void givenTwoEqualCarObjects_whenComparingHashCodes_thenReturnsEqualHashCodes() {

 Car car1 = new Car("Honda", 2020);

 Car car2 = new Car("Honda", 2020);

 assertEquals(car1.hashCode(), car2.hashCode());

 }



 @Test

 void givenACarObject_whenTestingHashCodeConsistency_thenReturnsSameHashCodeAcrossMultipleCalls() {

 Car car = new Car("Honda", 2020);

 int initialHash = car.hashCode();

 assertEquals(initialHash, car.hashCode());

 }

5.3. `toString()`

toString()方法應該傳回一個字串，該字串簡潔明了地表示物件的內容。讓我們透過一個簡單的測試來確認它是否傳回了預期的字串：

@Test

 void givenACarObject_whenTestingToString_thenReturnsExpectedString() {

 Car car = new Car("Tesla", 2023);

 String expected = "Car{make='Tesla', year=2023}";

 assertEquals(expected, car.toString());

 }

5.4. `getClass()`

讓我們驗證一下**getClass()方法是否傳回物件的執行時間類型**：

@Test

 void givenACarObject_whenTestingGetClass_thenReturnsCarClass() {

 Car car = new Car("Ford", 2015);

 assertEquals(Car.class, car.getClass());

 }

呼叫getClass()方法會傳回Car.class類別物件。 getClass getClass()方法只是取得物件類別名稱的眾多方法之一。

5.5. `clone()`

接下來，我們測試**clone()是否建立一個新物件**（位於不同的記憶體位址），但內容與原始物件相同：

@Test

 void givenACarObject_whenTestingClone_thenCloneSuccess throws CloneNotSupportedException {

 Car original = new Car("Honda", 2020);

 Car cloned = (Car) original.clone();

 assertNotSame(original, cloned);

 assertEquals(original, cloned);

 assertEquals(original.getMake(), cloned.getMake());

 assertEquals(original.getYear(), cloned.getYear());

 }

請注意，由於clone()的回傳類型為Object ，因此我們必須將回傳值強制轉換為Car類別。

5.6. `wait()` 、 `notify()`和`notifyAll()`

wait() 、 notify()和notifyAll()方法用於多執行緒環境中的執行緒同步。我們需要避免並發問題，防止多個執行緒同時嘗試修改同一個Object實例。

5.7. `finalize()`

finalize()方法會在特定物件的垃圾回收之前呼叫。請注意，此方法在 Java 9 中已被棄用，並且可能會在未來的 Java 版本中移除。

6. 結論

本文詳細探討了Java中的Object類別。我們先解釋了Object的重要性，然後介紹了它的各種方法。最後，我們使用一個名為Car的範例類別來示範這些方法的行為。

與往常一樣，範例的完整程式碼可在 GitHub 上找到。

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Java 中的 Object 類別

1. 概述

2. Object類別的重要性

3. Object類別的關鍵方法

4. 範例類

5. 探索方法

5.1. equals(Object obj)

5.2. hashCode()

5.3. toString()

5.4. getClass()

5.5. clone()

5.6. wait() 、 notify()和notifyAll()

5.7. finalize()