【Java You Don't Know - Item 2】All Interfaces Have toString() Method

Introduction

最近总结Thinking in Java 读书笔记时，涉及到下面这段简单代码：

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Collection<String> list = new ArrayList<String>();
Collections.addAll(list, "tomorrow","hi","yes");
//内部调用list.toString方法
System.out.print(list);

上面这段代码的运行结果如下：

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[tomorrow, hi, yes]

进而引出了两个问题：

• Collection是一个接口，其内部并没有toString方法，为什么声明为Collection类型的list对象可以调用toString方法？

• list对象的toString方法明显被重写过了，重写toString方法是在哪里实现的？

Solution

首先解决第二个问题：

​ ArrayList的继承关系是 ArrayList -> AbstractList -> AbstractCollection。而AbstractCollection中重写了toString方法，具体实现如下：

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public String toString() {
       Iterator<E> it = iterator();
       if (! it.hasNext())
           return "[]";

       StringBuilder sb = new StringBuilder();
       sb.append('[');
       for (;;) {
           E e = it.next();
           sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);
           if (! it.hasNext())
               return sb.append(']').toString();
           sb.append(',').append(' ');
       }
   }

然而这个解答并不能解决全部问题，就算是ArrayList中的toString方法已经通过继承父类得到重写，ArrayList创建出的对象被向上转型赋值给了Collection类型的list引用，于是又绕回到第一个问题了，Collection接口源码中没有toString方法，为何list对象可以调用toString方法？

下面这张图通过Eclipse的自动补全工具给我们提供了一点线索：

可以看出，其实list调用的是Object中的toString方法。实际上Collection中有toString方法，只不过是隐式添加的。一个没有任何父接口的接口，如果没有显式声明toString等Object类中的public实例方法，则会被隐式添加这些方法对应的抽象方法。

简而言之，所有接口都会有对应于Object类中public实例方法的抽象方法。也就是说所有接口都会有toString, hashCode, wait, notify, getClass, equals等方法。Java Language Specification 中的原话如下：

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If an interface has no direct superinterfaces, then the interface implicitly declares a
public abstract member method m with signature s, return type r, and throws clause t
corresponding to each public instance method m with signature s, return type r, and
throws clause t declared in Object, unless a method with the same signature, same return
type, and a compatible throws clause is explicitly declared by the interface.

总结一下整个过程，Collection中没有显式声明toString方法，因此会隐式添加对应于Object类中toString的同名抽象方法，System.out.println(list) list调用Collection接口中的toString方法，list实际类型为ArrayList, 由于动态绑定（此处涉及多态），调用的是ArrayList实例对象中的toString方法，ArrayList中并没有重写toString方法，又因为ArrayList的超父类AbstractCollection重写了toString方法，因此最后调用的是AbstractCollection 中的toString方法。从而实现了打印Collection所有元素的最终效果。

由此进行一下拓展，如果接口中显式声明了toString等方法又会怎样呢？此时，实现该接口的类不会被强制要求实现toString方法，原因很简单，所有的类都已经通过继承Object类实现了toString方法。因此，在平时coding的时候，如果想在接口中定义有效的强制被实现的抽象方法，最好避免与Object类中public实例方法重名。

Reference

http://stackoverflow.com/questions/12124163/do-interfaces-have-tostring-method