Java抽象與接口理解

abstract class和interface是Java語言中對于抽象類定義進行支持的兩種機制，正是由于這兩種機制的存在，才賦予了Java強大的面向?qū)ο竽芰?。abstract class和interface之間在對于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(fā)者在進行抽象類定義時對于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(qū)別的，對于它們的選擇甚至反映出對于問題領(lǐng)域本質(zhì)的理解、對于設(shè)計意圖的理解是否正確、合理。本文將對它們之間的區(qū)別進行一番剖析，試圖給開發(fā)者提供一個在二者之間進行選擇的依據(jù)。

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理解抽象類

abstract class和interface在Java語言中都是用來進行抽象類（本文中的抽象類并非從abstract class翻譯而來，它表示的是一個抽象體，而abstract class為Java語言中用于定義抽象類的一種方法，請讀者注意區(qū)分）定義的，那么什么是抽象類，使用抽象類能為我們帶來什么好處呢？

在面向?qū)ο蟮母拍钪?，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。并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(lǐng)域進行分析、設(shè)計中得出的抽象概念，是對一系列看上去不同，但是本質(zhì)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(fā)，就會發(fā)現(xiàn)問題領(lǐng)域存在著圓、三角形這樣一些具體概念，它們是不同的，但是它們又都屬于形狀這樣一個概念，形狀這個概念在問題領(lǐng)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(lǐng)域沒有對應(yīng)的具體概念，所以用以表征抽象概念的抽象類是不能夠?qū)嵗摹?/p>

在面向?qū)ο箢I(lǐng)域，抽象類主要用來進行類型隱藏。我們可以構(gòu)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(xiàn)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(xiàn)則表現(xiàn)為所有可能的派生類。模塊可以操作一個抽象體。由于模塊依賴于一個固定的抽象體，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為功能。熟悉OCP的讀者一定知道，為了能夠?qū)崿F(xiàn)面向?qū)ο笤O(shè)計的一個最核心的原則OCP(Open-Closed Principle)，抽象類是其中的關(guān)鍵所在。

從語法定義層面看abstract class和interface

在語法層面，Java語言對于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 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可以有自己的數(shù)據(jù)成員，也可以有非abstarct的成員方法，而在interface方式的實現(xiàn)中，Demo只能夠有靜態(tài)的不能被修改的數(shù)據(jù)成員（也就是必須是static final的，不過在interface中一般不定義數(shù)據(jù)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。

從編程的角度來看，abstract class和interface都可以用來實現(xiàn)"design by contract"的思想。但是在具體的使用上面還是有一些區(qū)別的。

首先，abstract class在Java語言中表示的是一種繼承關(guān)系，一個類只能使用一次繼承關(guān)系。但是，一個類卻可以實現(xiàn)多個interface。也許，這是Java語言的設(shè)計者在考慮Java對于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(rèn)行為。但是在interface的定義中，方法卻不能擁有默認(rèn)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(fù)雜性，有時會造成很大的麻煩。

在抽象類中不能定義默認(rèn)行為還存在另一個比較嚴(yán)重的問題，那就是可能會造成維護上的麻煩。因為如果后來想修改類的界面（一般通過abstract class或者interface來表示）以適應(yīng)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(shù)）時，就會非常的麻煩，可能要花費很多的時間（對于派生類很多的情況，尤為如此）。但是如果界面是通過abstract class來實現(xiàn)的，那么可能就只需要修改定義在abstract class中的默認(rèn)行為就可以了。

同樣，如果不能在抽象類中定義默認(rèn)行為，就會導(dǎo)致同樣的方法實現(xiàn)出現(xiàn)在該抽象類的每一個派生類中，違反了"one rule，one place"原則，造成代碼重復(fù)，同樣不利于以后的維護。因此，在abstract class和interface間進行選擇時要非常的小心。

從設(shè)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(qū)別，這些層面的區(qū)別是比較低層次的、非本質(zhì)的。本小節(jié)將從另一個層面：abstract class和interface所反映出的設(shè)計理念，來分析一下二者的區(qū)別。作者認(rèn)為，從這個層面進行分析才能理解二者概念的本質(zhì)所在。

前面已經(jīng)提到過，abstarct class在Java語言中體現(xiàn)了一種繼承關(guān)系，要想使得繼承關(guān)系合理，父類和派生類之間必須存在"is a"關(guān)系，即父類和派生類在概念本質(zhì)上應(yīng)該是相同的（參考文獻〔3〕中有關(guān)于"is a"關(guān)系的大篇幅深入的論述，有興趣的讀者可以參考）。對于interface 來說則不然，并不要求interface的實現(xiàn)者和interface定義在概念本質(zhì)上是一致的，僅僅是實現(xiàn)了interface定義的契約而已。為了使論述便于理解，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(shè)在我們的問題領(lǐng)域中有一個關(guān)于Door的抽象概念，該Door具有執(zhí)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();

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