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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。
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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
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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。
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M 理解抽象类51Testing软件测试网| N8]_3G"S
1uLkkCw4n0 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?
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G/l6yih0yH?0 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。
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51Testing软件测试网$Mk,OYM^-C 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。51Testing软件测试网/`F5^q EA
)\K!PXP:[
E(VY E0 从语法定义层面看abstract class和interface51Testing软件测试网*_-al
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MP#J5l*d0 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。
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51Testing软件测试网 yyK)U:M/T Z)[Y 使用abstract class的方式定义Demo抽象类的方式如下:51Testing软件测试网)}"PdW%b'V7V-d
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abstract class Demo { M%x)L d8a#J5`q0 abstract void method1(); 51Testing软件测试网p+R*M.N3BKj)@ J
] abstract void method2(); 51Testing软件测试网(ecK#z\ fNF%F … 51Testing软件测试网3l@;k'y~V3ze[u } |
o:t]E;T U#U0 使用interface的方式定义Demo抽象类的方式如下:51Testing软件测试网6j\$IlI dI"p'BQe}J
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interface Demo { 51Testing软件测试网"v
o7j{ pW` void method1(); 51Testing软件测试网7{"vb|-]-^#w3lT%L void method2(); 51Testing软件测试网?^7|
V1p l2Lw)Q … 3M*w&R9w|2I*x2o0} |
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p5q?0 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。
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b~8g.T0
{"^#}J%tC0uu1Nh0 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。
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"R0s,`%P3Qc0 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。
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51Testing软件测试网Niy(ZJHCx 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。
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].C}Okw0 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
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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。
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51Testing软件测试网`&dPBI9]}
R3?u(^ 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。51Testing软件测试网Co@7N#u]
51Testing软件测试网.p.L?8T(H:tq` 从设计理念层面看abstract class和interface51Testing软件测试网)Yb Vcl``ei(l
0} \ Z"H9z5fJ0 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。51Testing软件测试网L|K D1]]
,S&a4R%l2i8_0 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。51Testing软件测试网qOYS@'f
51Testing软件测试网i7D4[ArCX 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:51Testing软件测试网6[w6u5C'|l2i O J]I
51Testing软件测试网!F,PrKI.R^(T 使用abstract class方式定义Door:51Testing软件测试网J/e+Gr^'[^ MXT
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0}]6e?U'dv0
abstract class Door { 51Testing软件测试网3Wd'lq:?v
l ]kZ;@ abstract void open(); LrOV6b1S5WHg0 abstract void close(); 51Testing软件测试网.J-dlo~nS } |
k[]X&S0 使用interface方式定义Door:
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go0
interface Door { CJ;x'O7D0 void open(); 8Vk1|F-J/M4`.]0[0 void close(); LEuz.BIJU
J0} |
)AmnxgrKv0 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。51Testing软件测试网O#v.?5@UvC
51Testing软件测试网r]^i(Syh;?y)s,Z 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。51Testing软件测试网9w%XDn7z k4_l)b
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lr:b 解决方案一:51Testing软件测试网N]8fzG;g
51Testing软件测试网x8E^+ak 简单的在Door的定义中增加一个alarm方法,如下:
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abstract class Door { 51Testing软件测试网,S:N f1_,} abstract void open(); 51Testing软件测试网 M7]wE%cPPr
|s4C abstract void close(); 51Testing软件测试网8Z;z/D0w^
r/K abstract void alarm(); ;K9^^tW3L:O0} |
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interface Door { 51Testing软件测试网&g6B@!Z9iX void open(); VaA"QO;GR!aj0 void close(); 51Testing软件测试网QsIF!g'cBR{q void alarm(); 51Testing软件测试网RB6|KJ } |
51Testing软件测试网yv-e"QWk 那么具有报警功能的AlarmDoor的定义方式如下:
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class AlarmDoor extends Door { #?Y-Q N.l1w0 void open() { … } 51Testing软件测试网}9@j6gR4D void close() { … } Xx
s|AOL0 void alarm() { … } f&_8p/LrU,Jn
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class AlarmDoor implements Door { !f:ZhTaA%L&k2j0 void open() { … } 51Testing软件测试网?u"YaP void close() { … } .}|u(\s6g4OC8k0 void alarm() { … } g2s/X
SK+gl/z0} |
!kMe&~u7l1y0 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。51Testing软件测试网f0D)mHL'Uz8cq%y