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曹兆领的博客

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日志

 
 

抽象类与接口的区别  

2007-08-24 13:20:08|  分类: Java开发 |  标签: |举报 |字号 订阅

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来源:JavaEye

  abstract class和interface是Java语言中对于抽象类定义进行支持的两种机制,正是由于这两种机制的存在,才赋予了Java强大的面向对象能力。 abstract class和interface之间在对于抽象类定义的支持方面具有很大的相似性,甚至可以相互替换,因此很多开发者在进行抽象类定义时对于 abstract class和interface的选择显得比较随意。

  其实,两者之间还是有很大的区别的,对于它们的选择甚至反映出对于问题领域本质的理解、对于设计意图的理解是否正确、合理。本文将对它们之间的区别进行一番剖析,试图给开发者提供一个在二者之间进行选择的依据。

一、理解抽象类

  abstract class和interface在Java语言中都是用来进行抽象类(本文中的抽象类并非从abstract class翻译而来,它表示的是一个抽象体,而abstract class为Java语言中用于定义抽象类的一种方法,请读者注意区分)定义的,那么什么是抽象类,使用抽象类能为我们带来什么好处呢?

  在面向对象的概念中,我们知道所有的对象都是通过类来描绘的,但是反过来却不是 这样。并不是所有的类都是用来描绘对象的,如果一个类中没有包含足够的信息来描绘一个具体的对象,这样的类就是抽象类。抽象类往往用来表征我们在对问题领 域进行分析、设计中得出的抽象概念,是对一系列看上去不同,但是本质上相同的具体概念的抽象。

  比如:如果我们进行一个图形编辑软件的开发,就会发现问题领域存在着圆、三角形 这样一些具体概念,它们是不同的,但是它们又都属于形状这样一个概念,形状这个概念在问题领域是不存在的,它就是一个抽象概念。正是因为抽象的概念在问题 领域没有对应的具体概念,所以用以表征抽象概念的抽象类是不能够实例化的。

  在面向对象领域,抽象类主要用来进行类型隐藏。我们可以构造出一个固定的一组行 为的抽象描述,但是这组行为却能够有任意个可能的具体实现方式。这个抽象描述就是抽象类,而这一组任意个可能的具体实现则表现为所有可能的派生类。模块可 以操作一个抽象体。由于模块依赖于一个固定的抽象体,因此它可以是不允许修改的;同时,通过从这个抽象体派生,也可扩展此模块的行为功能。熟悉OCP的读 者一定知道,为了能够实现面向对象设计的一个最核心的原则OCP(Open-Closed Principle),抽象类是其中的关键所在。

二、从语法定义层面看abstract class和interface

  在语法层面,Java语言对于abstract class和interface给出了不同的定义方式,下面以定义一个名为Demo的抽象类为例来说明这种不同。使用abstract class的方式定义Demo抽象类的方式如下:

abstract class Demo {

abstract void method1();

abstract void method2();





  使用interface的方式定义Demo抽象类的方式如下:

interface Demo {

void method1();

void method2();



}

  在abstract class方式中,Demo可以有自己的数据成员,也可以有非abstarct的成员方法,而在interface方式的实现中,Demo只能够有静态的 不能被修改的数据成员(也就是必须是static final的,不过在interface中一般不定义数据成员),所有的成员方法都是abstract的。从某种意义上说,interface是一种特殊 形式的abstract class。

  从编程的角度来看,abstract class和interface都可以用来实现"design by contract"的思想。但是在具体的使用上面还是有一些区别的。

  首先,abstract class在Java语言中表示的是一种继承关系,一个类只能使用一次继承关系。但是,一个类却可以实现多个interface。也许,这是Java语言的设计者在考虑Java对于多重继承的支持方面的一种折中考虑吧。

  其次,在abstract class的定义中,我们可以赋予方法的默认行为。但是在interface的定义中,方法却不能拥有默认行为,为了绕过这个限制,必须使用委托,但是这会 增加一些复杂性,有时会造成很大的麻烦。

  在抽象类中不能定义默认行为还存在另一个比较严重的问题,那就是可能会造成维护上的 麻烦。因为如果后来想修改类的界面(一般通过abstract class或者interface来表示)以适应新的情况(比如,添加新的方法或者给已用的方法中添加新的参数)时,就会非常的麻烦,可能要花费很多的时 间(对于派生类很多的情况,尤为如此)。但是如果界面是通过abstract class来实现的,那么可能就只需要修改定义在abstract class中的默认行为就可以了。

  同样,如果不能在抽象类中定义默认行为,就会导致同样的方法实现出现在该抽象类 的每一个派生类中,违反了"one rule,one place"原则,造成代码重复,同样不利于以后的维护。因此,在abstract class和interface间进行选择时要非常的小心。

三、从设计理念层面看abstract class和interface

  上面主要从语法定义和编程的角度论述了abstract class和interface的区别,这些层面的区别是比较低层次的、非本质的。本文将从另一个层面:abstract class和interface所反映出的设计理念,来分析一下二者的区别。作者认为,从这个层面进行分析才能理解二者概念的本质所在。

  前面已经提到过,abstarct class在Java语言中体现了一种继承关系,要想使得继承关系合理,父类和派生类之间必须存在"is a"关系,即父类和派生类在概念本质上应该是相同的。对于interface 来说则不然,并不要求interface的实现者和interface定义在概念本质上是一致的,仅仅是实现了interface定义的契约而已。为了使 论述便于理解,下面将通过一个简单的实例进行说明。

  考虑这样一个例子,假设在我们的问题领域中有一个关于Door的抽象概念,该Door具有执行两个动作open和close,此时我们可以通过abstract class或者interface来定义一个表示该抽象概念的类型,定义方式分别如下所示:

使用abstract class方式定义Door:

abstract class Door {

abstract void open();

abstract void close();

}

  使用interface方式定义Door:

interface Door {

void open();

void close();

}

  其他具体的Door类型可以extends使用abstract class方式定义的Door或者implements使用interface方式定义的Door。看起来好像使用abstract class和interface没有大的区别。

  如果现在要求Door还要具有报警的功能。我们该如何设计针对该例子的类结构呢(在 本例中,主要是为了展示abstract class和interface反映在设计理念上的区别,其他方面无关的问题都做了简化或者忽略)下面将罗列出可能的解决方案,并从设计理念层面对这些不 同的方案进行分析。

解决方案一:

简单的在Door的定义中增加一个alarm方法,如下:

interface Door {

void open();

void close();

void alarm();

}

  那么具有报警功能的AlarmDoor的定义方式如下:

class AlarmDoor extends Door {

void open() { … }

void close() { … }

void alarm() { … }

}

或者

class AlarmDoor implements Door {

void open() { … }

void close() { … }

void alarm() { … }



  这种方法违反了面向对象设计中的一个核心原则ISP(Interface Segregation Priciple),在Door的定义中把Door概念本身固有的行为方法和另外一个概念"报警器"的行为方法混在了一起。这样引起的一个问题是那些仅仅 依赖于Door这个概念的模块会因为"报警器"这个概念的改变(比如:修改alarm方法的参数)而改变,反之依然。

  解决方案二:

  既然open、close和alarm属于两个不同的概念,根据ISP原则应该把它 们分别定义在代表这两个概念的抽象类中。定义方式有:这两个概念都使用abstract class方式定义;两个概念都使用interface方式定义;一个概念使用abstract class方式定义,另一个概念使用interface方式定义。

  显然,由于Java语言不支持多重继承,所以两个概念都使用abstract class方式定义是不可行的。后面两种方式都是可行的,但是对于它们的选择却反映出对于问题领域中的概念本质的理解、对于设计意图的反映是否正确、合理。我们一一来分析、说明。

  如果两个概念都使用interface方式来定义,那么就反映出两个问题:

  1、我们可能没有理解清楚问题领域,AlarmDoor在概念本质上到底是Door还是报警器?

  2、如果我们对于问题领域的理解没有问题,比如:我们通过对于问题领域的分析发现 AlarmDoor在概念本质上和Door是一致的,那么我们在实现时就没有能够正确的揭示我们的设计意图,因为在这两个概念的定义上(均使用 interface方式定义)反映不出上述含义。

  如果我们对于问题领域的理解是:AlarmDoor在概念本质上是Door,同 时它有具有报警的功能。我们该如何来设计、实现来明确的反映出我们的意思呢?前面已经说过,abstract class在Java语言中表示一种继承关系,而继承关系在本质上是"is a"关系。所以对于Door这个概念,我们应该使用abstarct class方式来定义。另外,AlarmDoor又具有报警功能,说明它又能够完成报警概念中定义的行为,所以报警概念可以通过interface方式定 义。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() { … }

}

  这种实现方式基本上能够明确的反映出我们对于问题领域的理解,正确的揭示我们的设计 意图。其实abstract class表示的是"is a"关系,interface表示的是"like a"关系,大家在选择时可以作为一个依据,当然这是建立在对问题领域的理解上的,比如:如果我们认为AlarmDoor在概念本质上是报警器,同时又具有 Door的功能,那么上述的定义方式就要反过来了。

  abstract class和interface是Java语言中的两种定义抽象类的方式,它们之间有很大的相似性。但是对于它们的选择却又往往反映出对于问题领域中的概 念本质的理解、对于设计意图的反映是否正确、合理,因为它们表现了概念间的不同的关系(虽然都能够实现需求的功能)。这其实也是语言的一种的惯用法。
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