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          抽象類與接口的區(qū)別

          Posted on 2007-08-29 17:55 hilor 閱讀(419) 評(píng)論(1)  編輯  收藏 所屬分類: J2EE

          abstract class和interface是Java語(yǔ)言中對(duì)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Αbstract class和interface之間在對(duì)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(shí)對(duì)于abstract class和interface的選擇顯得比較隨意。
                 其實(shí),兩者之間還是有很大的區(qū)別的,對(duì)于它們的選擇甚至反映出對(duì)于問(wèn)題領(lǐng)域本質(zhì)的理解、對(duì)于設(shè)計(jì)意圖的理解是否正確、合理。本文將對(duì)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(gè)在二者之間進(jìn)行選擇的依據(jù)。
          一、 理解抽象類
                 abstract class和interface在Java語(yǔ)言中都是用來(lái)進(jìn)行抽象類(本文中的抽象類并非從abstract class翻譯而來(lái),它表示的是一個(gè)抽象體,而abstract class為Java語(yǔ)言中用于定義抽象類的一種方法,請(qǐng)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(lái)什么好處呢?
                 在面向?qū)ο蟮母拍钪校覀冎浪械膶?duì)象都是通過(guò)類來(lái)描繪的,但是反過(guò)來(lái)卻不是這樣。并不是所有的類都是用來(lái)描繪對(duì)象的,如果一個(gè)類中沒有包含足夠的信息來(lái)描繪一個(gè)具體的對(duì)象,這樣的類就是抽象類。抽象類往往用來(lái)表征我們?cè)趯?duì)問(wèn)題領(lǐng)域進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)中得出的抽象概念,是對(duì)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(gè)圖形編輯軟件的開發(fā),就會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(gè)概念,形狀這個(gè)概念在問(wèn)題領(lǐng)域是不存在的,它就是一個(gè)抽象概念。正是因?yàn)槌橄蟮母拍钤趩?wèn)題領(lǐng)域沒有對(duì)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?br>       在面向?qū)ο箢I(lǐng)域,抽象類主要用來(lái)進(jìn)行類型隱藏。我們可以構(gòu)造出一個(gè)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(gè)可能的具體實(shí)現(xiàn)方式。這個(gè)抽象描述就是抽象類,而這一組任意個(gè)可能的具體實(shí)現(xiàn)則表現(xiàn)為所有可能的派生類。模塊可以操作一個(gè)抽象體。由于模塊依賴于一個(gè)固定的抽象體,因此它可以是不允許修改的;同時(shí),通過(guò)從這個(gè)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(jì)的一個(gè)最核心的原則OCP(Open-Closed Principle),抽象類是其中的關(guān)鍵所在。

          二、從語(yǔ)法定義層面看abstract class和interface
                 在語(yǔ)法層面,Java語(yǔ)言對(duì)于abstract class和interface給出了不同的定義方式,下面以定義一個(gè)名為Demo的抽象類為例來(lái)說(shuō)明這種不同。使用abstract class的方式定義Demo抽象類的方式如下:
          abstract class Demo {
           abstract void method1();
           abstract void method2();
           …

          使用interface的方式定義Demo抽象類的方式如下:
          interface Demo {
           void method1();
           void method2();
           …
          }
          在abstract class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(shí)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static final的,不過(guò)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(shuō),interface是一種特殊形式的abstract class。
                 從編程的角度來(lái)看,abstract class和interface都可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)"design by contract"的思想。但是在具體的使用上面還是有一些區(qū)別的。
                 首先,abstract class在Java語(yǔ)言中表示的是一種繼承關(guān)系,一個(gè)類只能使用一次繼承關(guān)系。但是,一個(gè)類卻可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)interface。也許,這是Java語(yǔ)言的設(shè)計(jì)者在考慮Java對(duì)于多重繼承的支持方面的一種折中考慮吧。
                 其次,在abstract class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(guò)這個(gè)限制,必須使用委托,但是這會(huì) 增加一些復(fù)雜性,有時(shí)會(huì)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(gè)比較嚴(yán)重的問(wèn)題,那就是可能會(huì)造成維護(hù)上的麻煩。因?yàn)槿绻髞?lái)想修改類的界面(一般通過(guò)abstract class或者interface來(lái)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(shí),就會(huì)非常的麻煩,可能要花費(fèi)很多的時(shí)間(對(duì)于派生類很多的情況,尤為如此)。但是如果界面是通過(guò)abstract class來(lái)實(shí)現(xiàn)的,那么可能就只需要修改定義在abstract class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(huì)導(dǎo)致同樣的方法實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)在該抽象類的每一個(gè)派生類中,違反了"one rule,one place"原則,造成代碼重復(fù),同樣不利于以后的維護(hù)。因此,在abstract class和interface間進(jìn)行選擇時(shí)要非常的小心。

          二、 從設(shè)計(jì)理念層面看abstract class和interface
                 上面主要從語(yǔ)法定義和編程的角度論述了abstract class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。本文將從另一個(gè)層面:abstract class和interface所反映出的設(shè)計(jì)理念,來(lái)分析一下二者的區(qū)別。作者認(rèn)為,從這個(gè)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(guò),abstarct class在Java語(yǔ)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"is a"關(guān)系,即父類和派生類在概念本質(zhì)上應(yīng)該是相同的。對(duì)于interface 來(lái)說(shuō)則不然,并不要求interface的實(shí)現(xiàn)者和interface定義在概念本質(zhì)上是一致的,僅僅是實(shí)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(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。
                 考慮這樣一個(gè)例子,假設(shè)在我們的問(wèn)題領(lǐng)域中有一個(gè)關(guān)于Door的抽象概念,該Door具有執(zhí)行兩個(gè)動(dòng)作open和close,此時(shí)我們可以通過(guò)abstract class或者interface來(lái)定義一個(gè)表示該抽象概念的類型,定義方式分別如下所示:
          使用abstract class方式定義Door:

          abstract class Door {
           abstract void open();
           abstract void close();
          }

          使用interface方式定義Door:

          interface Door {
           void open();
           void close();
          }
          其他具體的Door類型可以extends使用abstract class方式定義的Door或者implements使用interface方式定義的Door。看起來(lái)好像使用abstract class和interface沒有大的區(qū)別。
                 如果現(xiàn)在要求Door還要具有報(bào)警的功能。我們?cè)撊绾卧O(shè)計(jì)針對(duì)該例子的類結(jié)構(gòu)呢(在本例中,主要是為了展示abstract class和interface反映在設(shè)計(jì)理念上的區(qū)別,其他方面無(wú)關(guān)的問(wèn)題都做了簡(jiǎn)化或者忽略)下面將羅列出可能的解決方案,并從設(shè)計(jì)理念層面對(duì)這些不同的方案進(jìn)行分析。

          解決方案一:
                 簡(jiǎn)單的在Door的定義中增加一個(gè)alarm方法,如下:
          abstract class Door {
           abstract void open();
           abstract void close();
           abstract void alarm();
          }

          或者

          interface Door {
           void open();
           void close();
           void alarm();
          }

          那么具有報(bào)警功能的AlarmDoor的定義方式如下:
          class AlarmDoor extends Door {
           void open() { … }
           void close() { … }
           void alarm() { … }
          }

          或者

          class AlarmDoor implements Door {
           void open() { … }
           void close() { … }
           void alarm() { … }

          這種方法違反了面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中的一個(gè)核心原則ISP(Interface Segregation Priciple),在Door的定義中把Door概念本身固有的行為方法和另外一個(gè)概念"報(bào)警器"的行為方法混在了一起。這樣引起的一個(gè)問(wèn)題是那些僅僅依賴于Door這個(gè)概念的模塊會(huì)因?yàn)?報(bào)警器"這個(gè)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(gè)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(gè)概念的抽象類中。定義方式有:這兩個(gè)概念都使用abstract class方式定義;兩個(gè)概念都使用interface方式定義;一個(gè)概念使用abstract class方式定義,另一個(gè)概念使用interface方式定義。 顯然,由于Java語(yǔ)言不支持多重繼承,所以兩個(gè)概念都使用abstract class方式定義是不可行的。后面兩種方式都是可行的,但是對(duì)于它們的選擇卻反映出對(duì)于問(wèn)題領(lǐng)域中的概念本質(zhì)的理解、對(duì)于設(shè)計(jì)意圖的反映是否正確、合理。我們一一來(lái)分析、說(shuō)明。
                 如果兩個(gè)概念都使用interface方式來(lái)定義,那么就反映出兩個(gè)問(wèn)題:
          1、 我們可能沒有理解清楚問(wèn)題領(lǐng)域,AlarmDoor在概念本質(zhì)上到底是Door還是報(bào)警器?
          2、如果我們對(duì)于問(wèn)題領(lǐng)域的理解沒有問(wèn)題,比如:我們通過(guò)對(duì)于問(wèn)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?cè)趯?shí)現(xiàn)時(shí)就沒有能夠正確的揭示我們的設(shè)計(jì)意圖,因?yàn)樵谶@兩個(gè)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(duì)于問(wèn)題領(lǐng)域的理解是:AlarmDoor在概念本質(zhì)上是Door,同時(shí)它有具有報(bào)警的功能。我們?cè)撊绾蝸?lái)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)來(lái)明確的反映出我們的意思呢?前面已經(jīng)說(shuō)過(guò),abstract class在Java語(yǔ)言中表示一種繼承關(guān)系,而繼承關(guān)系在本質(zhì)上是"is a"關(guān)系。所以對(duì)于Door這個(gè)概念,我們應(yīng)該使用abstarct class方式來(lái)定義。另外,AlarmDoor又具有報(bào)警功能,說(shuō)明它又能夠完成報(bào)警概念中定義的行為,所以報(bào)警概念可以通過(guò)interface方式定義。如下所示:
          abstract class Door {
           abstract void open();
           abstract void close();
          }
          interface Alarm {
           void alarm();
          }
          class AlarmDoor extends Door implements Alarm {
           void open() { … }
           void close() { … }
              void alarm() { … }
          }

          這種實(shí)現(xiàn)方式基本上能夠明確的反映出我們對(duì)于問(wèn)題領(lǐng)域的理解,正確的揭示我們的設(shè)計(jì)意圖。其實(shí)abstract class表示的是"is a"關(guān)系,interface表示的是"like a"關(guān)系,大家在選擇時(shí)可以作為一個(gè)依據(jù),當(dāng)然這是建立在對(duì)問(wèn)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(bào)警器,同時(shí)又具有Door的功能,那么上述的定義方式就要反過(guò)來(lái)了。
                 abstract class和interface是Java語(yǔ)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(duì)于它們的選擇卻又往往反映出對(duì)于問(wèn)題領(lǐng)域中的概念本質(zhì)的理解、對(duì)于設(shè)計(jì)意圖的反映是否正確、合理,因?yàn)樗鼈儽憩F(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)。這其實(shí)也是語(yǔ)言的一種的慣用法,希望讀者朋友能夠細(xì)細(xì)體會(huì)。


          評(píng)論

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          2007-08-30 10:09 by itkui
          寫的非常的好,頂個(gè)!
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