接口還是抽象類

9/9選擇接口還是類？舉例一:ａｂｓtｒactｃｌａss和ｉnteｒfａce是Ｊava語言中對于抽象類定義進(jìn)行支持的兩種機(jī)制,正是由于這兩種機(jī)制的存在，才賦予了Java強(qiáng)大的面向?qū)ο竽芰?。ａbsｔｒacｔclass和intｅrfａcｅ之間在對于抽象類定義的支持方面具有很大的相似性，甚至可以相互替換,因此很多開發(fā)者在進(jìn)行抽象類定義時對于ａbstrａctｃlaｓs和ｉntｅrfａce的選擇顯得比較隨意。其實，兩者之間還是有很大的區(qū)別的，對于它們的選擇甚至反映出對于問題領(lǐng)域本質(zhì)的理解、對于設(shè)計意圖的理解是否正確、合理。本文將對它們之間的區(qū)別進(jìn)行一番剖析，試圖給開發(fā)者提供一個在二者之間進(jìn)行選擇的依據(jù)。

理解抽象類?

ａbstｒactclａss和inｔerｆace在Ｊava語言中都是用來進(jìn)行抽象類(本文中的抽象類并非從absｔrａcｔclasｓ翻譯而來，它表示的是一個抽象體，而abstractclａｓｓ為Java語言中用于定義抽象類的一種方法，請讀者注意區(qū)分)定義的，那么什么是抽象類，使用抽象類能為我們帶來什么好處呢？

?在面向?qū)ο蟮母拍钪?我們知道所有的對象都是通過類來描繪的，但是反過來卻不是這樣。并不是所有的類都是用來描繪對象的，如果一個類中沒有包含足夠的信息來描繪一個具體的對象，這樣的類就是抽象類。抽象類往往用來表征我們在對問題領(lǐng)域進(jìn)行分析、設(shè)計中得出的抽象概念,是對一系列看上去不同，但是本質(zhì)上相同的具體概念的抽象。比如:如果我們進(jìn)行一個圖形編輯軟件的開發(fā)，就會發(fā)現(xiàn)問題領(lǐng)域存在著圓、三角形這樣一些具體概念，它們是不同的，但是它們又都屬于形狀這樣一個概念，形狀這個概念在問題領(lǐng)域是不存在的，它就是一個抽象概念。正是因為抽象的概念在問題領(lǐng)域沒有對應(yīng)的具體概念,所以用以表征抽象概念的抽象類是不能夠?qū)嵗摹?/p>

在面向?qū)ο箢I(lǐng)域，抽象類主要用來進(jìn)行類型隱藏。我們可以構(gòu)造出一個固定的一組行為的抽象描述,但是這組行為卻能夠有任意個可能的具體實現(xiàn)方式。這個抽象描述就是抽象類,而這一組任意個可能的具體實現(xiàn)則表現(xiàn)為所有可能的派生類。模塊可以操作一個抽象體。由于模塊依賴于一個固定的抽象體,因此它可以是不允許修改的；同時，通過從這個抽象體派生,也可擴(kuò)展此模塊的行為功能。熟悉OＣP的讀者一定知道，為了能夠?qū)崿F(xiàn)面向?qū)ο笤O(shè)計的一個最核心的原則OＣP(Open-ClｏｓedPriｎｃｉple），抽象類是其中的關(guān)鍵所在。?

從語法定義層面看ａbstｒacｔclass和ｉnterfacｅ

?在語法層面，Ｊａvａ語言對于aｂstractcｌass和iｎｔerface給出了不同的定義方式,下面以定義一個名為Demo的抽象類為例來說明這種不同。

?使用ａｂstraｃtｃlａss的方式定義Dｅmo抽象類的方式如下:

?abstｒactcｌａｓｓDemo｛?abｓtraｃtvoiｄmethｏd1（)；?aｂstrａｃｔvｏｉdmeｔｈod2(）;?…?｝?

使用interface的方式定義Dｅｍo抽象類的方式如下：

ｉnｔｅrfaｃｅDemo{?voｉｄmetｈoｄ1(）；

ｖｏｉdmethoｄ２(）；

…?}

???在ａbｓtractclaｓs方式中，Demｏ可以有自己的數(shù)據(jù)成員，也可以有非absｔarｃt的成員方法，而在intｅrfａce方式的實現(xiàn)中，Demo只能夠有靜態(tài)的不能被修改的數(shù)據(jù)成員（也就是必須是sｔaticｆｉｎal的,不過在interｆａce中一般不定義數(shù)據(jù)成員）,所有的成員方法都是ａbｓtｒact的。從某種意義上說，intｅrfａce是一種特殊形式的absｔrａcｔｃlａss.

對于abstraｃｔcｌasｓ和intｅｒfacｅ在語法定義層面更多的細(xì)節(jié)問題，不是本文的重點(diǎn)，不再贅述，讀者可以參閱參考文獻(xiàn)〔1〕獲得更多的相關(guān)內(nèi)容.?

從編程層面看abstｒactｃｌaｓs和iｎteｒface?

從編程的角度來看，aｂstrａｃtcｌaｓｓ和iｎｔerfacｅ都可以用來實現(xiàn)＂dｅｓigｎbycontraｃt”的思想。但是在具體的使用上面還是有一些區(qū)別的。?

首先，ａｂsｔractclass在Jａｖａ語言中表示的是一種繼承關(guān)系，一個類只能使用一次繼承關(guān)系。但是,一個類卻可以實現(xiàn)多個iｎｔｅrface。也許，這是Jａva語言的設(shè)計者在考慮Javａ對于多重繼承的支持方面的一種折中考慮吧.

?其次，在ａbstｒacｔｃlａss的定義中，我們可以賦予方法的默認(rèn)行為。但是在iｎteｒfaｃｅ的定義中,方法卻不能擁有默認(rèn)行為,為了繞過這個限制,必須使用委托，但是這會增加一些復(fù)雜性，有時會造成很大的麻煩。??在抽象類中不能定義默認(rèn)行為還存在另一個比較嚴(yán)重的問題,那就是可能會造成維護(hù)上的麻煩.因為如果后來想修改類的界面（一般通過absｔractcｌass或者inｔｅrface來表示）以適應(yīng)新的情況(比如,添加新的方法或者給已用的方法中添加新的參數(shù))時，就會非常的麻煩，可能要花費(fèi)很多的時間（對于派生類很多的情況,尤為如此）。但是如果界面是通過absｔｒactｃlass來實現(xiàn)的,那么可能就只需要修改定義在ａbsｔrａcｔclass中的默認(rèn)行為就可以了。

?同樣，如果不能在抽象類中定義默認(rèn)行為，就會導(dǎo)致同樣的方法實現(xiàn)出現(xiàn)在該抽象類的每一個派生類中，違反了＂onｅruｌｅ,onepｌace＂原則，造成代碼重復(fù)，同樣不利于以后的維護(hù)。因此，在aｂｓtractclass和iｎｔerface間進(jìn)行選擇時要非常的小心。

?從設(shè)計理念層面看abstraｃtcｌass和iｎtｅrfacｅ

上面主要從語法定義和編程的角度論述了abstractclass和inteｒfacｅ的區(qū)別，這些層面的區(qū)別是比較低層次的、非本質(zhì)的。本小節(jié)將從另一個層面：aｂｓtｒaｃtclass和intｅrfａｃe所反映出的設(shè)計理念，來分析一下二者的區(qū)別。作者認(rèn)為，從這個層面進(jìn)行分析才能理解二者概念的本質(zhì)所在.

?前面已經(jīng)提到過，absｔarctclass在Java語言中體現(xiàn)了一種繼承關(guān)系,要想使得繼承關(guān)系合理,父類和派生類之間必須存在"iｓa”關(guān)系，即父類和派生類在概念本質(zhì)上應(yīng)該是相同的（參考文獻(xiàn)〔3〕中有關(guān)于＂isa"關(guān)系的大篇幅深入的論述，有興趣的讀者可以參考）。對于inteｒfａce來說則不然，并不要求interface的實現(xiàn)者和interfaｃe定義在概念本質(zhì)上是一致的，僅僅是實現(xiàn)了intｅrfacｅ定義的契約而已。為了使論述便于理解，下面將通過一個簡單的實例進(jìn)行說明.

考慮這樣一個例子，假設(shè)在我們的問題領(lǐng)域中有一個關(guān)于Ｄoｏr的抽象概念，該Ｄoor具有執(zhí)行兩個動作open和cｌose，此時我們可以通過abstractｃlasｓ或者inｔeｒfａce來定義一個表示該抽象概念的類型，定義方式分別如下所示:

使用ａbstracｔｃlass方式定義Dooｒ：??abstraｃtclａssDoor｛

abｓtrａctvoidopｅｎ（）；?abstｒａcｔvoiｄclose（);?｝?

?

使用inｔerface方式定義Dｏor：??ｉｎterfaｃeDoor｛?ｖoidｏpｅn();

voidｃｌose(）；

｝?

其他具體的Door類型可以extends使用abｓtraｃtclａss方式定義的Dｏor或者implｅmentｓ使用ｉｎterface方式定義的Dｏor?？雌饋砗孟袷褂茫醔ｓtraｃtｃlaｓs和inteｒfａｃe沒有大的區(qū)別。??如果現(xiàn)在要求Dｏor還要具有報警的功能。我們該如何設(shè)計針對該例子的類結(jié)構(gòu)呢(在本例中，主要是為了展示absｔｒacｔclａｓs和intｅrface反映在設(shè)計理念上的區(qū)別，其他方面無關(guān)的問題都做了簡化或者忽略）?下面將羅列出可能的解決方案,并從設(shè)計理念層面對這些不同的方案進(jìn)行分析。??解決方案一：??簡單的在Door的定義中增加一個alarm方法,如下:

?ａｂｓtrａctcｌａssDｏoｒ｛

aｂstrａctvoidｏpeｎ（）;

abstractvoｉdcloｓｅ（）;

ａbｓtractvoiｄalarm(）；

}

???或者??inteｒｆaｃｅDｏoｒ｛

voiｄoｐｅn（）;?voiｄclose(）；

ｖoidaｌarｍ（）;?｝

?

那么具有報警功能的AlarmDｏor的定義方式如下：

ｃlasｓAｌaｒmDoorｅxtｅndsＤｏｏr｛?voidｏpeｎ()｛…｝?ｖoidclose（）｛…}?voiｄａlarm（）{…}

}

??

或者??ｃlaｓsAlａｒmＤoorimpｌemｅntｓDoor｛?voidｏpｅn(){…｝

voidclose（)｛…}?voｉdaｌａrm()｛…}

｝??

?這種方法違反了面向?qū)ο笤O(shè)計中的一個核心原則ISＰ（InterfａceSegｒegationPrｉciple)，在Dooｒ的定義中把Dooｒ概念本身固有的行為方法和另外一個概念＂報警器”的行為方法混在了一起。這樣引起的一個問題是那些僅僅依賴于Ｄｏoｒ這個概念的模塊會因為”報警器"這個概念的改變(比如：修改alａrm方法的參數(shù)）而改變，反之依然。?

解決方案二：?

既然ｏpen、cｌｏｓe和aｌarm屬于兩個不同的概念，根據(jù)ＩSP原則應(yīng)該把它們分別定義在代表這兩個概念的抽象類中.定義方式有：這兩個概念都使用abstｒactclass方式定義；兩個概念都使用intｅrfacｅ方式定義；一個概念使用aｂstrａcｔclａss方式定義，另一個概念使用inｔerface方式定義。??顯然,由于Javａ語言不支持多重繼承，所以兩個概念都使用ａbstｒacｔclass方式定義是不可行的.后面兩種方式都是可行的,但是對于它們的選擇卻反映出對于問題領(lǐng)域中的概念本質(zhì)的理解、對于設(shè)計意圖的反映是否正確、合理.我們一一來分析、說明.??如果兩個概念都使用intｅrｆａce方式來定義,那么就反映出兩個問題:1、我們可能沒有理解清楚問題領(lǐng)域,ＡlarmDoor在概念本質(zhì)上到底是Dｏor還是報警器？２、如果我們對于問題領(lǐng)域的理解沒有問題，比如：我們通過對于問題領(lǐng)域的分析發(fā)現(xiàn)ＡlaｒmDoor在概念本質(zhì)上和Ｄoｏr是一致的，那么我們在實現(xiàn)時就沒有能夠正確的揭示我們的設(shè)計意圖，因為在這兩個概念的定義上（均使用interface方式定義)反映不出上述含義。

如果我們對于問題領(lǐng)域的理解是：AlarmDoｏr在概念本質(zhì)上是Ｄoor，同時它有具有報警的功能。我們該如何來設(shè)計、實現(xiàn)來明確的反映出我們的意思呢？前面已經(jīng)說過，abstractｃｌass在Ｊava語言中表示一種繼承關(guān)系，而繼承關(guān)系在本質(zhì)上是"isa＂關(guān)系。所以對于Dｏor這個概念，我們應(yīng)該使用abstａrｃtclａｓｓ方式來定義。另外，AlaｒmDoｏｒ又具有報警功能,說明它又能夠完成報警概念中定義的行為，所以報警概念可以通過iｎteｒｆace方式定義。如下所示:??abstｒactｃｌasｓDooｒ{?aｂｓｔraｃｔvoiｄopen();?abstｒａｃtｖoｉdcｌｏｓｅ(）；?｝

interｆaｃeAｌaｒｍ{

vｏiｄalａｒm();

}

ｃｌaｓsAlａrmＤoｏrextｅndｓDoorimplemｅntｓAlarm｛?voidｏpeｎ()｛…}?voidclose（)｛…}

ｖoiｄalaｒm（）｛…｝?}???

這種實現(xiàn)方式基本上能夠明確的反映出我們對于問題領(lǐng)域的理解，正確的揭示我們的設(shè)計意圖.其實aｂsｔｒaｃtclａss表示的是＂iｓa"關(guān)系，interface表示的是"likeａ"關(guān)系,大家在選擇時可以作為一個依據(jù),當(dāng)然這是建立在對問題領(lǐng)域的理解上的，比如：如果我們認(rèn)為AlａrmDoor在概念本質(zhì)上是報警器，同時又具有Door的功能，那么上述的定義方式就要反過來了。?

結(jié)論

abｓtrａcｔclaｓs和ｉｎｔerface是Ｊava語言中的兩種定義抽象類的方式,它們之間有很大的相似性.但是對于它們的選擇卻又往往反映出對于問題領(lǐng)域中的概念本質(zhì)的理解、對于設(shè)計意圖的反映是否正確、合理，因為它們表現(xiàn)了概念間的不同的關(guān)系（雖然都能夠?qū)崿F(xiàn)需求的功能）.?

1abstractclasｓ是類，interfaｃe為多態(tài)而產(chǎn)生?

2ａbｓtrａctclass是可以有非ａbｓtｒａct的方法的，而且有默認(rèn)的行為

3abstrａctclass是“is”而inｔeｒface是“l(fā)ikｅ”舉例二：很多人有過這樣的疑問:為什么有的地方必須使用接口而不是抽象類，而在另一些地方，又必須使用抽象類而不是接口呢?或者說,在考慮Java類的一般化問題時,很多人會在接口和抽象類之間猶豫不決,甚至隨便選擇一種.實際上接口和抽象類的選擇不是隨心所欲的。要理解接口和抽象類的選擇原則，有兩個概念很重要：對象的行為和對象的實現(xiàn).如果一個實體可以有多種實現(xiàn)方式，則在設(shè)計實體行為的描述方式時，應(yīng)當(dāng)達(dá)到這樣一個目標(biāo)：在使用實體的時候,無需詳細(xì)了解實體行為的實現(xiàn)方式。也就是說，要把對象的行為和對象的實現(xiàn)分離開來。既然Jａｖa的接口和抽象類都可以定義不提供具體實現(xiàn)的方法，在分離對象的行為和對象的實現(xiàn)時，到底應(yīng)該使用接口還是使用抽象類呢？通過抽象類建立行為模型在接口和抽象類的選擇上，必須遵守這樣一個原則:行為模型應(yīng)該總是通過接口而不是抽象類定義。為了說明其原因,下面試著通過抽象類建立行為模型，看看會出現(xiàn)什么問題。假設(shè)要為銷售部門設(shè)計一個軟件，這個軟件包含一個“發(fā)動機(jī)”（Ｍotｏr）實體。顯然無法在發(fā)動機(jī)對象中詳細(xì)地描述發(fā)動機(jī)的方方面面，只能描述某些對當(dāng)前軟件來說重要的特征.至于發(fā)動機(jī)的哪些特征是重要的,則要與用戶（銷售部門）交流才能確定.銷售部門的人要求每一個發(fā)動機(jī)都有一個稱為馬力的參數(shù)。對于他們來說,這是惟一值得關(guān)心的參數(shù)?；谶@一判斷,可以把發(fā)動機(jī)的行為定義為以下行為。行為１：查詢發(fā)動機(jī)的馬力,發(fā)動機(jī)將返回一個表示馬力的整數(shù)。雖然現(xiàn)在還不清楚發(fā)動機(jī)如何取得馬力這個參數(shù),但可以肯定發(fā)動機(jī)一定支持這個行為，而且這是所有發(fā)動機(jī)惟一值得關(guān)注的行為特征。這個行為特征既可以用接口定義，也可以用抽象類定義.為了說明用抽象類定義可能出現(xiàn)的問題,下面用抽象類建立發(fā)動機(jī)的行為模型，并用Javａ方法描述行為1,代碼如下:pｕｂｌｉcabｓｔracｔMｏｔor{abstｒactpublｉcintgetＨorｓｅpowｅｒ（）;}在Motor抽象類的基礎(chǔ)上構(gòu)造出多種具體實現(xiàn)，例如A型發(fā)動機(jī)、B型發(fā)動機(jī)等,再加上系統(tǒng)的其它部分,最后得到1.0版的軟件并交付使用。一段時間過去了,現(xiàn)在要設(shè)計2。0版的軟件。在評估２．0版軟件需求的過程中，發(fā)現(xiàn)一小部分發(fā)動機(jī)是電池驅(qū)動的，而電池需要一定的充電時間。銷售部門的人希望能夠通過計算機(jī)查閱充電時間。根據(jù)這一要求定義一個新的行為,如圖１所示。行為２:查詢電驅(qū)動發(fā)動機(jī)的充電時間，發(fā)動機(jī)將返回一個表示充電時間的整數(shù)。用Java方法來描述這個行為，代碼如下:publicabstractBatteryPｏweｒedMｏtｏrextendsMotｏｒ{ａｂstracｔpubliciｎtｇetTiｍeToReｃharge（）；}在銷售部門的軟件中，電驅(qū)動發(fā)動機(jī)也以類的形式實現(xiàn)，但這些類從BattｅｒｙPoweredMｏｔｏr而不是Motoｒ派生.這些改動加入到2．0版軟件之后，銷售部門很滿意。隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，不久之后光驅(qū)動的發(fā)動機(jī)出現(xiàn)了。銷售部門要求光驅(qū)動發(fā)動機(jī)需要一定光能才能運(yùn)轉(zhuǎn)，光能以流明(Lｕmen)度量。這個信息對客戶很重要,因為下雨或多云的天氣里，某些光驅(qū)動發(fā)動機(jī)可能無法運(yùn)轉(zhuǎn).銷售部門要求為軟件增加對光驅(qū)動發(fā)動機(jī)的支持,所以要定義一個新的行為。行為3：查詢光驅(qū)動發(fā)動機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的最小流明數(shù)，發(fā)動機(jī)返回一個整數(shù)。再定義一個抽象類并把行為３轉(zhuǎn)換成Javａ方法，代碼如下：puｂｌiｃａbｓｔracｔSolarPoｗeredMotorｅxtendsMｏtor｛abｓtｒaｃtpuｂlｉcｉntgeｔＬuｍeｎsToＯperaｔｅ（)；｝如圖１所示，ＳoｌaｒＰoweredMｏｔor和BatteｒｙPoweｒedMoｔor都從Motor抽象類派生。在整個軟件中，９0%以上的代碼以相同的方式對待所有的發(fā)動機(jī)。偶爾需要檢查一下發(fā)動機(jī)是光驅(qū)動還是電驅(qū)動，使用ｉｎｓtａncｅｏｆ實現(xiàn)，代碼如下：ｉf(instaｎceofSolａrPowｅｒｅdMotor）{。。．｝if(ｉnstａｎｃeofBaｔｔerｙＰowerｅdＭｏtor）｛。。.｝無論是哪種發(fā)動機(jī),馬力這個參數(shù)都很重要，所以在所有派生的抽象類（ＳｏｌａrPｏwｅredMotor和BatｔeryPoweｒｅdMotor)中,getHorseｐｏwer(）方法都有效?，F(xiàn)在銷售部門又有了一種新的發(fā)動機(jī)，它是一種既有電驅(qū)動又有光驅(qū)動的雙重驅(qū)動發(fā)動機(jī).光驅(qū)動和電驅(qū)動的行為本身沒有變化,但新的發(fā)動機(jī)同時支持兩種行為。在考慮如何定義新型的光電驅(qū)動發(fā)動機(jī)時,接口和抽象類的差別開始顯示出來了.新的目標(biāo)是在增加新型發(fā)動機(jī)的前提下盡量少改動代碼.因為與光驅(qū)動發(fā)動機(jī)、電驅(qū)動發(fā)動機(jī)有關(guān)的代碼已經(jīng)過全面的測試,不存在已知的Bug。為了增加光電驅(qū)動發(fā)動機(jī)，要定義一個新的SoｌarＢatｔeryＰowｅred抽象類。如果讓SｏlarBaｔtｅｒyPowereｄ從Ｍotor抽象類派生,SolaｒBatｔeryPowｅred將不支持針對光驅(qū)動發(fā)動機(jī)和電驅(qū)動發(fā)動機(jī)的iｎstａnceof操作。也就是說，如果查詢一個光電驅(qū)動的發(fā)動機(jī)是光驅(qū)動的，還是電驅(qū)動的,得到的答案是：都不是。如果讓SolarBatterｙＰowｅｒed從SoｌａrＰｏwerｅdMotｏr(或Bａt(yī)teryPoweredMｏtor）抽象類派生,類似的問題也會出現(xiàn)，SolarBａt(yī)teryPｏｗered將不支持針對BatteryＰｏweredMotor(或ＳolaｒPoweｒedMotor）的insｔaｎceof操作.從行為上看，光電驅(qū)動的發(fā)動機(jī)必須同時從兩個抽象類派生，但Jav