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详解抽象类和接口的区别

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本文章讲述了详解抽象类和接口的区别.

        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。

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