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Java抽象類和接口的比較

2013-11-23 19:03:12  來源: Java核心技術 
    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
   
理解抽象類
   
    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
   
    下面從三個方面進行比較
   
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 method()
   
    abstract void method()
   
    …
   
    }
   
    使用interface的方式定義Demo抽象類的方式如下
   
    interface Demo {
   
    void method()
   
    void method()
   
    …
   
    }
   
    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
   
從編程層面看abstract class和interface
   
    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為如此)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 ruleone place原則造成代碼重復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
   


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〔〕中有關於is a關系的大篇幅深入的論述有興趣的讀者可以參考)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定義的契約而已為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於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openclose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?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系而繼承關系在本質上是is a關系所以對於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的功能那麼上述的定義方式就要反過來了
   


結論
   
    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為它們表現了概念間的不同的關系(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我們不能把它們實例化(拿不出一個具體的東西)所以稱之為抽象
   
    比如我們要描述水果它就是一個抽象它有質量體積等一些共性(水果有質量)但又缺乏特性(蘋果橘子都是水果它們有自己的特性)我們拿不出唯一一種能代表水果的東西(因為蘋果橘子都不能代表水果)可用抽象類來描述它所以抽象類是不能夠實例化的當我們用某個類來具體描述蘋果這個類就可以繼承描述水果的抽象類我們都知道蘋果是一種水果
   
    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這個抽象類的所有派生類
   
    接口和抽象類中的所有抽象方法不能有具體實現而應在它們的子類中實現所有的抽象方法(要有函數體哪怕{ }裡是空的)java的設計者可能為抽象方法的靈活性考慮每個子類可根據自己的需要來實現抽象方法
   
    抽象類(abstract class)的定義方式如下
   
    public abstract class AbstractClass //裡面至少有一個抽象方法
   
    {
   
    public int t; //普通數據成員
   
    public abstract void method() //抽象方法抽象類的子類在類中必須實現抽象類中的抽象方法
   
    public abstract void method()
   
    public void method() //非抽象方法
   
    public int method()
   
    publi int method (){
   
    …… //抽象類中可以賦予非抽象方法方法的默認行為即方法的具體實現
   
    }
   
    public void method(){
   
    …… //抽象類中可以賦予非抽象方法方法的默認行為即方法的具體實現
   
    }
   
    }
   
    接口(interface)的定義方式如下
   
    public interface Interface
   
    {
   
    static final int i; //接口中不能有普通數據成員只能夠有靜態的不能被修改的數據成員static表示全局final表示不可修改可以不用static final 修飾會隱式的聲明為static和final
   
    public void method() //接口中的方法一定是抽象方法所以不用abstract修飾
   
    public void method() //接口中不能賦予方法的默認行為即不能有方法的具體實現
   
    }
   
    簡言之抽象類是一種功能不全的類接口只是一個抽象方法聲明和靜態不能被修改的數據的集合兩者都不能被實例化
   
    從某種意義上說接口是一種特殊形式的抽象類在java語言中抽象類表示的是一種繼承關系一個類只能繼承繼承一個抽象類而一個類卻可以實現多個接口在許多情況下接口確實可以代替抽象類如果你不需要刻意表達屬性上的繼承的話
   
    進一步理解關於java引入抽象類接口的目的向高手請教得到的答復如下
   
    從類的層次結構上看抽象類是在層次的頂端但在實際的設計當中一般來說抽象類應當是後面才會出現為什麼?實際上抽象類的獲取有點像數學中的提取公因式ax+bxx就是抽象類如果你沒有前面的式子你怎麼知道x是不是公因式呢?在這點上也符合人們認識世界的過程先具體後抽象因此在設計過程中如果你得到大量的具體概念並從當中找到其共性時這個共性的集合就是抽象類應當是沒錯的
   
    interface從表面上看和抽象類很相似但用法完全不同它的基本功能就是把一些毫不相關的類(概念)集合在一起形成一個新的可集中操作的新類我給學生的一個典型例子就是司機誰可以當司機?誰都可以只要領取了駕照所以我不管你是學生白領藍領還是老板只要有駕照就是司機
   
    interface DriverLicence {
   
    Licence getLicence()
   
    }
   
    class StudentDriver extends Student implements DriverLicence {
   
    }
   
    class WhtieCollarEmployeeDriver extends WhtieCollarEmployee implements DriverLicence {
   
    }
   
    class BlueCollarEmployeeDriver extends BlueCollarEmployee implements DriverLicence {
   
    }
   
    class BossDriver extends Boss implements Driver {
   
    }
   
    當我定義了汽車類後我就可以指定司機
   
    class Car {
   
    setDriver(DriverLicence driver)
   
    }
   
    這時候Car的對象並不關心這個司機到底是干什麼的他們的唯一共同點是領取了駕照(都實現了DriverLicence接口)這個應當是接口最強大的地方也是抽象類無法比擬的
   
    總結抽象類是提取具體類的公因式而接口是為了將一些不相關的類雜湊成一個共同的群體通常我們平時養成良好的習慣就是多用接口畢竟java是單繼承不像C++但是在需要使用抽象類的時候一定還是要用的(有點類似goto的用法)


From:http://tw.wingwit.com/Article/program/Java/hx/201311/26194.html
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