2024年11月2日 7 min read thinking-in-java

Thinking in Java(5-1) 訪問權限修飾詞與 Package 的使用

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在 Java 中，訪問權限修飾詞（access specifiers） 讓程式庫的開發者能夠明確指示哪些類別和成員對外部可見，哪些則不可見。這對於維護程式的封裝性和安全性非常重要。

訪問權限修飾詞的層級

從最高權限到最低權限，Java 提供了以下修飾詞：

public
protected
預設（package-private，沒有修飾詞）
private

在理解這些修飾詞的作用之前，我們需要先了解 Java 如何整合大量的程式檔案。

Package 的使用

在 Java 中，package 關鍵字用於組織和控制程式庫內的類別。訪問權限修飾詞的效果會因為類別位於相同或不同的 package 而有所不同。

一個 package 包含一組類別，這些類別在同一個命名空間（namespace）下組織。例如，Java 標準工具程式庫 java.util 包含了許多常用的類別，如 ArrayList。

使用全名引用類別

您可以使用類別的全名來引用它：

public class FullQualification {
  public static void main(String[] args) {
    java.util.ArrayList list = new java.util.ArrayList();
  }
}

這種方式雖然明確，但程式碼會顯得冗長。

使用 `import` 關鍵字

為了讓程式碼更簡潔，可以使用 import 關鍵字：

import java.util.ArrayList;

public class SingleImport {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList list = new ArrayList();
    }
}

或者，導入整個 package 下的所有類別：

import java.util.*;

public class ImportAll {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList list = new ArrayList();
        HashMap map = new HashMap();
    }
}

在這個管理命名空間的機制下，所有類別成員的名稱都是隔離的，不會發生衝突。

編譯單元與命名規則

每個 Java 原始碼檔案稱為編譯單元（compilation unit），必須以 .java 為副檔名。每個編譯單元只能有一個 public 類別，且檔案名稱必須與該類別名稱相同。其他非 public 的類別僅在同一個 package 內可見，通常用來支持主要的 public 類別。

程式碼組織（Code Organization）

當您編譯一個 .java 檔案時，該檔案中的每個類別都會生成一個相同名稱的 .class 檔案。例如，如果您有一個名為 MyClass.java 的檔案，且其中包含兩個類別 MyClass 和 HelperClass，那麼編譯後會生成 MyClass.class 和 HelperClass.class。

一個工作中的 Java 程式是由一組 .class 檔案組成的，這些檔案可以打包並壓縮成一個 Java ARchive（JAR） 檔案。Java 解譯器負責查找、載入和解譯這些檔案。

程式庫（Library） 實際上是一組類別檔案，每個檔案都有一個 public 類別和任意數量的非 public 類別。因此，每個檔案都有一個公開的元件。

如果希望這些元件都屬於同一個群組，可以使用關鍵字 package。package 必須是檔案中除了註解以外的第一行程式碼。

package com.example.myapp;

public class MyClass {
    // 類別內容
}

這表示這個編譯單元屬於 com.example.myapp 這個程式庫。任何想要使用這個程式庫的人都必須使用全名或透過 import 關鍵字。

唯一的 package 名稱

為了避免 package 名稱的衝突，一個常見的做法是將特定 package 的所有 .class 檔案都放在同一個目錄下。透過將 .class 檔案的路徑編碼到 package 名稱中，可以建立唯一的名稱，並查找隱藏於目錄結構中的類別。

慣例上，package 名稱的第一部分是類別建立者的網域名稱反轉。 例如，如果您的網域是 example.com，那麼您的 package 可以命名為 com.example。在網域和路徑都唯一的情況下，名稱衝突的問題就不會發生。

當 Java 程式執行並需要載入 .class 檔案時，它會透過以下方式確定檔案的位置：

查找 CLASSPATH 環境變數： 這是用來指定查找 .class 檔案的根目錄。
解析 package 名稱： 從根目錄開始，解譯器將 package 名稱中的每個句點 . 替換為系統相依的目錄分隔符號（在 Windows 系統中為 \，在 UNIX 系統中為 /）。例如，com.example.simple 會被解析為 com/example/simple 或 com\example\simple。
尋找類別檔案： 生成的路徑會與 CLASSPATH 中的每個路徑結合，解譯器會在這些目錄中尋找與要創建的類別名稱相符的 .class 檔案。

範例：

package com.example.simple;

public class Vector {
    public Vector() {
        System.out.println("com.example.simple.Vector");
    }
}

package com.example.simple;

public class List {
    public List() {
        System.out.println("com.example.simple.List");
    }
}

假設這兩個檔案位於目錄 C:\MyProject\com\example\simple 下，並且 CLASSPATH 包含了 C:\MyProject。

當您在程式中使用這些類別時：

import com.example.simple.*;

public class LibTest {
    public static void main(String[] args) {
        Vector v = new Vector();
        List l = new List();
    }
}

解譯器會根據 CLASSPATH 和 package 名稱找到相應的 .class 檔案，然後載入並執行。

使用自訂的工具程式庫

您可以利用上述機制建立自己的工具程式庫，減少重複的程式碼。

建立工具類別：

package com.example.util;
import java.io.*;

public class Print {
  // Print with a newline:
  public static void print(Object obj) {
    System.out.println(obj);
  }
  // Print a newline by itself:
  public static void print() {
    System.out.println();
  }
  // Print with no line break:
  public static void printnb(Object obj) {
    System.out.print(obj);
  }
  // The new Java SE5 printf() (from C):
  public static PrintStream
  printf(String format, Object... args) {
    return System.out.printf(format, args);
  }
}

使用工具類別：

import static com.example.util.Print.*;

public class PrintTest {
  public static void main(String[] args) {
    print("Available from now on!");
    print(100);
    print(100L);
    print(3.14159);
  }
} /* Output:
Available from now on!
100
100
3.14159
*/

透過靜態 import，您可以直接使用工具類別的方法，而不需要指定類別名稱。

訪問權限修飾詞的詳細解說

預設（package-private）

沒有任何訪問修飾詞的成員僅對同一個 package 中的類別可見，對其他 package 則不可見。

範例：

//: access/dessert/Cookie.java
package access.dessert;

public class Cookie {
  public Cookie() {
   System.out.println("Cookie constructor");
  }
  void bite() { System.out.println("bite"); }
}

在其他 package 中：

//: access/Dinner.java
import access.dessert.*;

public class Dinner {
  public static void main(String[] args) {
    Cookie x = new Cookie();
    //! x.bite(); // Can't access
  }
} /* Output:
Cookie constructor
*/

`public`

public 修飾的類別和成員對所有其他類別都可見。

`private`

private 修飾的成員僅對自身類別可見，對同一個 package 的其他類別也不可見。

範例：

class Sundae {
  private Sundae() {}
  static Sundae makeASundae() {
    return new Sundae();
  }
}

public class IceCream {
  public static void main(String[] args) {
    //! Sundae x = new Sundae();
    Sundae x = Sundae.makeASundae();
  }
}

`protected`

protected 修飾的成員對同一個 package 的類別和所有子類別可見，即使子類別在不同的 package 中。

範例：

在 package com.example.cookie2 中：

//: access/cookie2/Cookie.java
package access.cookie2;

public class Cookie {
  public Cookie() {
    System.out.println("Cookie constructor");
  }
  protected void bite() {
    System.out.println("bite");
  }
}

在其他 package 中繼承並使用：

//: access/ChocolateChip2.java
import access.cookie2.*;

public class ChocolateChip2 extends Cookie {
  public ChocolateChip2() {
   System.out.println("ChocolateChip2 constructor");
  }
  public void chomp() { bite(); } // Protected method
  public static void main(String[] args) {
    ChocolateChip2 x = new ChocolateChip2();
    x.chomp();
  }
} /* Output:
Cookie constructor
ChocolateChip2 constructor
bite
*/

小結

理解 Java 中的訪問權限修飾詞和正確使用 package 對於編寫安全、模組化的程式碼至關重要。利用 public、protected、預設（package-private）和 private，您可以精確控制類別和成員的可見性，從而提高程式的封裝性和可維護性。

訪問權限修飾詞的層級

Package 的使用

使用全名引用類別

使用 import 關鍵字

編譯單元與命名規則

程式碼組織（Code Organization）

唯一的 package 名稱

使用自訂的工具程式庫

訪問權限修飾詞的詳細解說

預設（package-private）

public

private

protected

小結

Justin

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使用 `import` 關鍵字

`public`

`private`

`protected`

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