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抽象類和接口的區別


?jackyrong 發表于 2006 年 06 月 23 日
? 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();?? }?? ??? 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。看起來好像使用abstract?class和interface沒有大的區別。?? 如果現在要求Door還要具有報警的功能。我們該如何設計針對該例子的類結構呢（在本例中，主要是為了展示abstract?class和 interface反映在設計理念上的區別，其他方面無關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，并從設計理念層面對這些不同的方案進行分析。?? 解決方案一：?? 簡單的在Door的定義中增加一個alarm方法，如下：?? 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對象設計中的一個核心原則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）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ISP原則應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 abstract?class方式定義；兩個概念都使用interface方式定義；一個概念使用abstract?class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，但是對于它們的選擇卻反映出對于問題領域中的概念本質的理解、對于設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域，AlarmDoor在概念本質上到底是 Door還是報警器？2、如果我們對于問題領域的理解沒有問題，比如：我們通過對于問題領域的分析發現AlarmDoor在概念本質上和Door是一致的，那么我們在實現時就沒有能夠正確的揭示我們的設計意圖，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域的理解是：AlarmDoor在概念本質上是Door，同時它有具有報警的功能。我們該如何來設計、實現來明確的反映出我們的意思呢？前面已經說過，abstract?class在Java語言中表示一種繼承關系，而繼承關系在本質上是"is?a"關系。所以對于Door這個概念，我們應該使用abstarct?class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：?? 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()?{?…?}?? }?? ??? 這種實現方式基本上能夠明確的反映出我們對于問題領域的理解，正確的揭示我們的設計意圖。其實abstract?class表示的是"is?a"關系， interface表示的是"like?a"關系，大家在選擇時可以作為一個依據，當然這是建立在對問題領域的理解上的，比如：如果我們認為 AlarmDoor在概念本質上是報警器，同時又具有Door的功能，那么上述的定義方式就要反過來了。

?jackyrong 發表于 2006 年 06 月 23 日

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();??
}??

???
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。看起來好像使用abstract?class和interface沒有大的區別。??

如果現在要求Door還要具有報警的功能。我們該如何設計針對該例子的類結構呢（在本例中，主要是為了展示abstract?class和 interface反映在設計理念上的區別，其他方面無關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，并從設計理念層面對這些不同的方案進行分析。??

解決方案一：??

簡單的在Door的定義中增加一個alarm方法，如下：??

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對象設計中的一個核心原則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）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ISP原則應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 abstract?class方式定義；兩個概念都使用interface方式定義；一個概念使用abstract?class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，但是對于它們的選擇卻反映出對于問題領域中的概念本質的理解、對于設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域，AlarmDoor在概念本質上到底是 Door還是報警器？2、如果我們對于問題領域的理解沒有問題，比如：我們通過對于問題領域的分析發現AlarmDoor在概念本質上和Door是一致的，那么我們在實現時就沒有能夠正確的揭示我們的設計意圖，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域的理解是：AlarmDoor在概念本質上是Door，同時它有具有報警的功能。我們該如何來設計、實現來明確的反映出我們的意思呢？前面已經說過，abstract?class在Java語言中表示一種繼承關系，而繼承關系在本質上是"is?a"關系。所以對于Door這個概念，我們應該使用abstarct?class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：??

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()?{?…?}??
}??

???
這種實現方式基本上能夠明確的反映出我們對于問題領域的理解，正確的揭示我們的設計意圖。其實abstract?class表示的是"is?a"關系， interface表示的是"like?a"關系，大家在選擇時可以作為一個依據，當然這是建立在對問題領域的理解上的，比如：如果我們認為 AlarmDoor在概念本質上是報警器，同時又具有Door的功能，那么上述的定義方式就要反過來了。

posted on 2007-03-13 14:15 Bill111 閱讀(1424) 評論(0) 編輯收藏

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