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    Java 抽象與接口理解發布者:本站     時間:2020-05-06 15:05:09

    abstract class和interface是Java語言中對于抽象類定義進行支持的兩種機制,正是由于這兩種機制的存在,才賦予了Java強大的面向對象能力。abstract class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,因此很多開發者在進行抽象類定義時對于abstract class和interface的選擇顯得比較隨意。其實,兩者之間還是有很大的區別的,對于它們的選擇甚至反映出對于問題領域本質的理解、對于設計意圖的理解是否正確、合理。本文將對它們之間的區別進行一番剖析,試圖給開發者提供一個在二者之間進行選擇的依據。

    理解抽象類

    abstract class和interface在Java語言中都是用來進行抽象類(本文中的抽象類并非從abstract class翻譯而來,它表示的是一個抽象體,而abstract class為Java語言中用于定義抽象類的一種方法,請讀者注意區分)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?

    在面向對象的概念中,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域進行分析、設計中得出的抽象概念,是對一系列看上去不同,但是本質上相同的具體概念的抽象。比如:如果我們進行一個圖形編輯軟件的開發,就會發現問題領域存在著圓、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域沒有對應的具體概念,所以用以表征抽象概念的抽象類是不能夠實例化的。

    在面向對象領域,抽象類主要用來進行類型隱藏。我們可以構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則表現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,也可擴展此模塊的行為功能。熟悉OCP的讀者一定知道,為了能夠實現面向對象設計的一個最核心的原則OCP(Open-Closed Principle),抽象類是其中的關鍵所在。


    從語法定義層面看abstract class和interface

    在語法層面,Java語言對于abstract class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可以有自己的數據成員,也可以有非abstarct的成員方法,而在interface方式的實現中,Demo只能夠有靜態的不能被修改的數據成員(也就是必須是static final的,不過在interface中一般不定義數據成員),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abstract class。

    從編程的角度來看,abstract class和interface都可以用來實現"design by contract"的思想。但是在具體的使用上面還是有一些區別的。

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

    其次,在abstract class的定義中,我們可以賦予方法的默認行為。但是在interface的定義中,方法卻不能擁有默認行為,為了繞過這個限制,必須使用委托,但是這會 增加一些復雜性,有時會造成很大的麻煩。

    在抽象類中不能定義默認行為還存在另一個比較嚴重的問題,那就是可能會造成維護上的麻煩。因為如果后來想修改類的界面(一般通過abstract class或者interface來表示)以適應新的情況(比如,添加新的方法或者給已用的方法中添加新的參數)時,就會非常的麻煩,可能要花費很多的時間(對于派生類很多的情況,尤為如此)。但是如果界面是通過abstract class來實現的,那么可能就只需要修改定義在abstract class中的默認行為就可以了。

    同樣,如果不能在抽象類中定義默認行為,就會導致同樣的方法實現出現在該抽象類的每一個派生類中,違反了"one rule,one place"原則,造成代碼重復,同樣不利于以后的維護。因此,在abstract class和interface間進行選擇時要非常的小心。


    從設計理念層面看abstract class和interface

    上面主要從語法定義和編程的角度論述了abstract class和interface的區別,這些層面的區別是比較低層次的、非本質的。本小節將從另一個層面:abstract class和interface所反映出的設計理念,來分析一下二者的區別。作者認為,從這個層面進行分析才能理解二者概念的本質所在。

    前面已經提到過,abstarct class在Java語言中體現了一種繼承關系,要想使得繼承關系合理,父類和派生類之間必須存在"is a"關系,即父類和派生類在概念本質上應該是相同的(參考文獻〔3〕中有關于"is a"關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的實現者和interface定義在概念本質上是一致的,僅僅是實現了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行說明。

    考慮這樣一個例子,假設在我們的問題領域中有一個關于Door的抽象概念,該Door具有執行兩個動作open和close,此時我們可以通過abstract class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(); 



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