Abstract和interface的區別

abstract class和interface是Java語言中對於抽象類定義進行支持的兩種機制,正是由於這兩種機制的存在,才賦予了Java強大的面向對象能力。 abstract class和interface之間在對於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於 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,對於它們的選擇甚至反映出對於問題領域本質的理解、對於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。

一、理解抽象類 abstract class和interface在Java語言中都是用來進行抽象類(本文中的抽象類並非從abstract class翻譯而來,它表示的是一個抽象體,而abstract class爲Java語言中用於定義抽象類的一種方法,請讀者注意區分)定義的,那麼什麼是抽象類,使用抽象類能爲我們帶來什麼好處呢?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。並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。抽象類往往用來表徵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着圓、三角形這樣一些具體概念,它們是不同的,但是它們又都屬於形狀這樣一個概念,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。正是因爲抽象的概念在問題領域沒有對應的具體概念,所以用以表徵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。我們可以構造出一組固定行爲的抽象描述,但是這組行爲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,而具體實現則表現爲派生類。模塊可以操作一個抽象體。由於模塊依賴於一個固定的抽象體,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爲功能。熟悉OCP的讀者一定知道,爲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。 

二、從語法定義層面看abstract class和interface 在語法層面,Java語言對於abstract class和interface給出了不同的定義方式,下面以定義一個名爲Demo的抽象類爲例來說明這種不同。

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abstruct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static final的數據成員,但在interface中一般不定義數據成員,而且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係,一個類只能使用一次繼承關係(單繼承)。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對於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爲。但是在interface的定義中,方法卻不能擁有默認行爲,爲了繞過這個限制,必須使用委託,但是這會增加一些複雜性,有時還會造成很大的麻煩。在抽象類中不能定義默認行爲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。因爲如果後來想修改類的界面(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(對於派生類很多的情況,尤爲如此)。但是如果界面是通過abstract class來實現的,那麼可能就只需要修改定義在abstract class中的默認行爲就可以了。 同樣,如果不能在抽象類中定義默認行爲,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,造成代碼重複,同樣不利於以後的維護。因此,在abstract class和interface間進行選擇時要非常的小心。 

三、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。本文將從另一個層面:abstract class和interface所反映出的設計理念,來分析一下二者的區別。作者認爲,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係,要想使得繼承關係合理,父類和派生類之間必須存在"is a"關係,即父類和派生類在概念本質上應該是相同的。對於interface 來說則不然,並不要求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。爲了使論述便於理解,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於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,主要是爲了展示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,並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(); 

那麼具有報警功能的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概念本身固有的行爲方法和另外一個概念"報警器"的行爲方法混在了一起。這樣引起的一個問題是那些僅僅依賴於Door這個概念的模塊會因爲"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屬於兩個不同的概念,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,由於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。後面兩種方式都是可行的,但是對於它們的選擇卻反映出對於問題領域中的概念本質的理解、對於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,那麼就反映出兩個問題: 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、 如果我們對於問題領域的理解沒有問題,比如:我們通過對於問題領域的分析發現AlarmDoor在概念本質上和Door是一致的,那麼我們在實現時就沒有能夠正確的揭示我們的設計意圖,因爲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。 
如果我們對於問題領域的理解是: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係,而繼承關係在本質上是"is a"關係。所以對於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爲,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於問題領域的理解,正確的揭示我們的設計意圖。其實abstract class表示的是"is a"關係,interface表示的是"like a"關係,大家在選擇時可以作爲一個依據,當然這是建立在對問題領域的理解上的,比如:如果我們認爲AlarmDoor在概念本質上是報警器,同時又具有 Door的功能,那麼上述的定義方式就要反過來了。 

abstract class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。但是對於它們的選擇卻又往往反映出對於問題領域中的概念本質的理解、對於設計意圖的反映是否正確、合理,因爲它們表現了概念間的不同的關係(雖然都能夠實現需求的功能)。這其實也是語言的一種的慣用法,希望讀者朋友能夠細細體會。





在Java語言中,abstract class和interface是支持抽象類定義的兩種機制。正是由於這兩種機制的存在,才賦予了Java強大的面向對象能力。abstract class和interface之間在對於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於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,對於它們的選擇甚至反映出對於問題領域本質的理解、對於設計意圖的理解是否正確、合理。

 

 

Abstract class

Interface

實例化

不能

不能

一種繼承關係,一個類只能使用一次繼承關係。可以通過繼承多個接口實現多重繼承

一個類可以實現多個interface

數據成員

可有自己的

靜態的不能被修改即必須是static final,一般不在此定義

方法

可以私有的,非abstract方法,必須實現

不可有私有的,默認是public,abstract 類型

變量

可有私有的,默認是friendly 型,其值可以在子類中重新定義,也可以重新賦值

不可有私有的,默認是public static final 型,且必須給其初值,實現類中不能重新定義,不能改變其值。

設計理念

表示的是“is-a”關係

表示的是“like-a”關係

實現

需要繼承,要用extends

要用implements

abstract class和interface在Java語言中都是用來進行抽象類(本文中的抽象類並非從abstract class翻譯而來,它表示的是一個抽象體,而abstract class爲Java語言中用於定義抽象類的一種方法)定義的,那麼什麼是抽象類,使用抽象類能爲我們帶來什麼好處呢?

聲明方法的存在而不去實現它的類被叫做抽象類(abstract class),它用於要創建一個體現某些基本行爲的類,併爲該類聲明方法,但不能在該類中實現該類的情況。不能創建abstract 類的實例。然而可以創建一個變量,其類型是一個抽象類,並讓它指向具體子類的一個實例。不能有抽象構造函數或抽象靜態方法。Abstract 類的子類爲它們父類中的所有抽象方法提供實現,否則它們也是抽象類爲。取而代之,在子類中實現該方法。知道其行爲的其它類可以在類中實現這些方法。

接口(interface)是抽象類的變體。在接口中,所有方法都是抽象的。多繼承性可通過實現 這樣的接口而獲得。接口中的所有方法都是抽象的,沒有一個有程序體。接口只可以定義static final成員變量。接口的實現與子類相似,除了該實現類不能從接口定義中繼承行爲。當類實現特殊接口時,它定義(即將程序體給予)所有這種接口的方法。 然後,它可以在實現了該接口的類的任何對象上調用接口的方法。由於有抽象類,它允許使用接口名作爲引用變量的類型。通常的動態聯編將生效。引用可以轉換到 接口類型或從接口類型轉換,instanceof 運算符可以用來決定某對象的類是否實現了接口。

接口可以繼承接口。抽象類可以實現(implements)接口,抽象類是可以繼承實體類,但前提是實體類必須有明確的構造函數。接口更關注“能實現什麼功能”,而不管“怎麼實現的”。

1.相同點
  A. 兩者都是抽象類,都不能實例化。
  B. interface實現類及abstrct class的子類都必須要實現已經聲明的抽象方法。

2. 不同點
  A. interface需要實現,要用implements,而abstract class需要繼承,要用extends。
  B. 一個類可以實現多個interface,但一個類只能繼承一個abstract class。
  C. interface強調特定功能的實現,而abstract class強調所屬關係。 
  D. 儘管interface實現類及abstrct class的子類都必須要實現相應的抽象方法,但實現的形式不同。interface中的每一個方法都是抽象方法,都只是聲明的 (declaration, 沒有方法體),實現類必須要實現。而abstract class的子類可以有選擇地實現。
  這個選擇有兩點含義:
    一是Abastract class中並非所有的方法都是抽象的,只有那些冠有abstract的方法纔是抽象的,子類必須實現。那些沒有abstract的方法,在Abstrct class中必須定義方法體。
    二是abstract class的子類在繼承它時,對非抽象方法既可以直接繼承,也可以覆蓋;而對抽象方法,可以選擇實現,也可以通過再次聲明其方法爲抽象的方式,無需實現,留給其子類來實現,但此類必須也聲明爲抽象類。既是抽象類,當然也不能實例化。
  E. abstract class是interface與Class的中介。
  interface是完全抽象的,只能聲明方法,而且只能聲明pulic的方法,不能聲明private及protected的方法,不能定義方法體,也 不能聲明實例變量。然而,interface卻可以聲明常量變量,並且在JDK中不難找出這種例子。但將常量變量放在interface中違背了其作爲接 口的作用而存在的宗旨,也混淆了interface與類的不同價值。如果的確需要,可以將其放在相應的abstract class或Class中。
  abstract class在interface及Class中起到了承上啓下的作用。一方面,abstract class是抽象的,可以聲明抽象方法,以規範子類必須實現的功能;另一方面,它又可以定義缺省的方法體,供子類直接使用或覆蓋。另外,它還可以定義自己 的實例變量,以供子類通過繼承來使用。

3. interface的應用場合
  A. 類與類之前需要特定的接口進行協調,而不在乎其如何實現。
  B. 作爲能夠實現特定功能的標識存在,也可以是什麼接口方法都沒有的純粹標識。
  C. 需要將一組類視爲單一的類,而調用者只通過接口來與這組類發生聯繫。
  D. 需要實現特定的多項功能,而這些功能之間可能完全沒有任何聯繫。

4. abstract class的應用場合
  一句話,在既需要統一的接口,又需要實例變量或缺省的方法的情況下,就可以使用它。最常見的有:
  A. 定義了一組接口,但又不想強迫每個實現類都必須實現所有的接口。可以用abstract class定義一組方法體,甚至可以是空方法體,然後由子類選擇自己所感興趣的方法來覆蓋。
  B. 某些場合下,只靠純粹的接口不能滿足類與類之間的協調,還必需類中表示狀態的變量來區別不同的關係。abstract的中介作用可以很好地滿足這一點。
  C. 規範了一組相互協調的方法,其中一些方法是共同的,與狀態無關的,可以共享的,無需子類分別實現;而另一些方法卻需要各個子類根據自己特定的狀態來實現特定的功能。


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