Java 抽象與接口理解發(fā)布者：本站     時(shí)間：2020-05-06 15:05:09

abstract class和interface是Java語(yǔ)言中對于抽象類(lèi)定義進(jìn)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(lèi)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(kāi)發(fā)者在進(jìn)行抽象類(lèi)定義時(shí)對于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別的，對于它們的選擇甚至反映出對于問(wèn)題領(lǐng)域本質(zhì)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(jìn)行一番剖析，試圖給開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)在二者之間進(jìn)行選擇的依據。

理解抽象類(lèi)

abstract class和interface在Java語(yǔ)言中都是用來(lái)進(jìn)行抽象類(lèi)（本文中的抽象類(lèi)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(lèi)的一種方法，請讀者注意區分）定義的，那么什么是抽象類(lèi)，使用抽象類(lèi)能為我們帶來(lái)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(guò)類(lèi)來(lái)描繪的，但是反過(guò)來(lái)卻不是這樣。并不是所有的類(lèi)都是用來(lái)描繪對象的，如果一個(gè)類(lèi)中沒(méi)有包含足夠的信息來(lái)描繪一個(gè)具體的對象，這樣的類(lèi)就是抽象類(lèi)。抽象類(lèi)往往用來(lái)表征我們在對問(wèn)題領(lǐng)域進(jìn)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(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(kāi)發(fā)，就會(huì )發(fā)現問(wèn)題領(lǐng)域存在著(zhù)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。正是因為抽象的概念在問(wèn)題領(lǐng)域沒(méi)有對應的具體概念，所以用以表征抽象概念的抽象類(lèi)是不能夠實(shí)例化的。

在面向對象領(lǐng)域，抽象類(lèi)主要用來(lái)進(jìn)行類(lèi)型隱藏。我們可以構造出一個(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)現方式。這個(gè)抽象描述就是抽象類(lèi)，而這一組任意個(gè)可能的具體實(shí)現則表現為所有可能的派生類(lèi)。模塊可以操作一個(gè)抽象體。由于模塊依賴(lài)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，也可擴展此模塊的行為功能。熟悉OCP的讀者一定知道，為了能夠實(shí)現面向對象設計的一個(gè)最核心的原則OCP(Open-Closed Principle)，抽象類(lèi)是其中的關(guān)鍵所在。

從語(yǔ)法定義層面看abstract class和interface

在語(yǔ)法層面，Java語(yǔ)言對于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(lèi)為例來(lái)說(shuō)明這種不同。

使用abstract class的方式定義Demo抽象類(lèi)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(lèi)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(shí)現中，Demo只能夠有靜態(tài)的不能被修改的數據成員（也就是必須是static final的，不過(guò)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(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"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(yǔ)言中表示的是一種繼承關(guān)系，一個(gè)類(lèi)只能使用一次繼承關(guān)系。但是，一個(gè)類(lèi)卻可以實(shí)現多個(gè)interface。也許，這是Java語(yǔ)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(guò)這個(gè)限制，必須使用委托，但是這會(huì ) 增加一些復雜性，有時(shí)會(huì )造成很大的麻煩。

在抽象類(lèi)中不能定義默認行為還存在另一個(gè)比較嚴重的問(wèn)題，那就是可能會(huì )造成維護上的麻煩。因為如果后來(lái)想修改類(lèi)的界面（一般通過(guò)abstract class或者interface來(lái)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(shí)，就會(huì )非常的麻煩，可能要花費很多的時(shí)間（對于派生類(lèi)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(lèi)中定義默認行為，就會(huì )導致同樣的方法實(shí)現出現在該抽象類(lèi)的每一個(gè)派生類(lèi)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(jìn)行選擇時(shí)要非常的小心。

從設計理念層面看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的區別，這些層面的區別是比較低層次的、非本質(zhì)的。本小節將從另一個(gè)層面：abstract class和interface所反映出的設計理念，來(lái)分析一下二者的區別。作者認為，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)言中體現了一種繼承關(guān)系，要想使得繼承關(guān)系合理，父類(lèi)和派生類(lèi)之間必須存在"is a"關(guān)系，即父類(lèi)和派生類(lèi)在概念本質(zhì)上應該是相同的（參考文獻〔3〕中有關(guān)于"is a"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(lái)說(shuō)則不然，并不要求interface的實(shí)現者和interface定義在概念本質(zhì)上是一致的，僅僅是實(shí)現了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(lèi)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();