java里抽象类和接口的区别

    技术2022-05-12  30

    下面的这篇文章讲的十分透彻了,所以转载之 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。  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。  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。  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。本小节将从另一 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(参考文献〔3〕中有关于"is a"关系的大篇幅深入的论述,有兴趣的读者可 以参考)。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:  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。 

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