基於介面而非實現程式設計

2022-08-08 15:00:38

抽象類和介面的區別

在物件導向程式設計當中,抽象類和介面是為抽象而生而的兩個概念,在初學時特別容易搞混它們倆。

Java 既支援介面,也支援抽象類,這裡主要拿 Java 的介面和抽象類做比較。簡單地在 Java 中定義這兩個概念就是,抽象類是包含抽象方法的類,介面是對行為的抽象。

抽象類

在 Java 中,抽象類仍然以 class 定義,並在此基礎上增加 abstract 修飾,如下是抽象類的定義:

[public|protected] abstract class ClassName {
    abstract void fun();
}

從定義上看,Java 中的抽象類就是用來繼承的,沒有被繼承的抽象類沒有任何實際的作用。而且,抽象類中的抽象方法只是起到一個限制的作用,並沒有提供實際的方法體,這也要求子類去實現自己的方法體。

將抽象類的特徵總結一下,大概有以下幾點:

  • 抽象類不允許被範例化,只能被繼承
  • 抽象類可以包含屬性和方法,方法裡既可以包含具體實現,也可以不包含具體實現,不包含具體實現的方法稱為抽象方法
  • 子類繼承抽象類,必須實現抽象類的所有抽象方法

介面

在 Java 中,介面以 interface 定義,與 class 定義的類不同,如下是介面的定義:

[public|protected] interface InterfaceName {
    void func();
}

介面實際上也可以包含變數和方法,但是,介面中的變數會被隱式地指定為 public static final 修飾的不可變數,介面中的方法會被隱式地指定為 public abstract 修飾的方法。

將介面的特性總結一下,大概有以下幾點:

  • 介面不能宣告屬性,可以宣告的是靜態變數
  • 介面宣告的方法不包含具體實現
  • 類實現介面的時候,必須實現介面中宣告的所有方法

區別

從上述對抽象類和介面的簡單分析看,抽象類和介面的概念非常相似,從明面上看,其最大的區別就是,抽象類是用來繼承的,介面是用來實現的。

從更深層次的角度上看,抽象類是不能被範例化的類,只能被子類繼承,繼承關係表示的是一種 is-A 的關係,介面表示的是一種 has-A 關係。

在使用時,抽象類可以定義一些公共的屬性、方法,抽象方法用於宣告子類繼承的約束;介面的主要作用就是宣告實現的協定,但是相比抽象類的優勢就是一個類可以實現多個介面。

抽象類和介面的使用

抽象類的使用

首先,只能被子類繼承的抽象類能解決程式碼複用的問題。

然後,抽象類表達的是一種抽象概念,適用於表示現實生活中的抽象概念。如狗是具體物件,動物則是抽象概念。

使用抽象方法,而非空的方法體,建立子類時就知道他必須要重寫該方法,而不能忽略。

使用抽象類,類的使用者建立物件的時候,就知道他必須要使用某個具體子類,而不是抽象類本身。

使用抽象類提高了安全性,降低了開發者犯錯的概率,是一種更優雅的編碼方式。

抽象類更多的作用是引導使用者正確使用,避免被誤用。

介面的使用

介面是對行為的一種抽象,相當於一組協定,更側重於解耦。

呼叫者只需要關注抽象的介面,不需要了解具體的實現,具體的實現程式碼對呼叫者透明。介面實現了約定和實現相分離,可以降低程式碼間的耦合,提高程式碼的擴充套件性。

配合使用

如果抽象類只定義抽象方法,那抽象類和介面非常相似。但介面和抽象類在根本上是不同的,一個類可以實現多個介面,但只能繼承一個類。

抽象類和介面是配合而不是替代,它們經常一起使用,介面宣告能力,抽象類提供預設實現,實現全部或部分方法,一個介面經常有一個對應的抽象類。

比如,在 Java 類庫中有以下關係:

  • Collection 介面和對應的 AbstractCollection 抽象類
  • List 介面和對應的 AbstractList 抽象類
  • Map 介面和對應的 AbstractMap 抽象類

模擬抽象類和介面

通過抽象類實現介面

介面沒有成員變數,沒有方法實現,只有方法宣告,實現介面的類必須實現介面中的所有方法。

只要滿足上述幾個特點,從設計的角度上講,它就可以叫作介面。

在 Java 中,使用抽象類實現起來也比較簡單,即抽象類只定義抽象方法即可,缺陷就是子類無法繼承多個抽象類。

用普通類模擬介面

普通的類是可以包含具體實現的,這不符合介面的定義。但是,可以讓類中的方法丟擲 NoSuchMethodError 錯誤來模擬不包含實現的介面,並且強迫子類在繼承這個父類別時都去主動實現父類別的方法,否則就會在執行時丟擲異常。

為了避免普通的類被範例化,需要將這個類別建構函式宣告成 protected 存取許可權。

具體的程式碼實現如下:

public class MockInterface {
    protected MockInterface() {}

    public void funcA() {
        throw new NoSuchMethodError();
    }
}

同樣的,無論是使用抽象類還是普通類,實現的介面都無法滿足介面的所有特性,這裡也僅做一些瞭解。

基於介面而非實現程式設計

在軟體開發中,最大的挑戰之一就是需求的不斷變化,因此,開發時一定要具有抽象意識、封裝意識、介面意識。

越抽象、越頂層、越脫離具體某一實現的設計,越能提高程式碼的靈活性、擴充套件性、可維護性。

這個時候,介面的存在就非常必要了,通過使用介面定義實現類的協定,將約定和實現分離,做到了解耦的效果。

在定義介面的時候,一些注意事項就是:命名一定要足夠通用,不能包含跟具體實現相關的字眼;另一方面,與特定實現相關的方法不要定義在介面中。

通常,越是不穩定的系統,越是要在程式碼的擴充套件性、維護性上下功夫。相反,某個系統特別穩定,在開發完成之後,基本不需要做維護,則沒有必要為其擴充套件性、維護性投入不必要的開發時間。