抽象类与接口选择

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，abstract 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。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 Principle)，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 Alarm Door 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。



　　结论

　　abstract class 和 interface 是 Java语言中的两种定义抽象类的方式，它们之间有很大的相似性。但是对于它们的选择却又往往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，因为它们表现了概念间的不同的关系（虽然都能够实现需求的功能）。这其实也是语言的一种的惯用法，希望读者朋友能够细细体会。

 

1、 抽象层次不同。抽象类是对类抽象，而接口是对行为的抽象。抽象类是对整个类整体进行抽象，包括属性、行为，但是接口却是对类局部（行为）进行抽象。

       2、 跨域不同。抽象类所跨域的是具有相似特点的类，而接口却可以跨域不同的类。我们知道抽象类是从子类中发现公共部分，然后泛化成抽象类，子类继承该父类即可，但是接口不同。实现它的子类可以不存在任何关系，共同之处。例如猫、狗可以抽象成一个动物类抽象类，具备叫的方法。鸟、飞机可以实现飞Fly接口，具备飞的行为，这里我们总不能将鸟、飞机共用一个父类吧！所以说抽象类所体现的是一种继承关系，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。对于接口则不然，并不要求接口的实现者和接口定义在概念本质上是一致的， 仅仅是实现了接口定义的契约而已。

       3、 设计层次不同。对于抽象类而言，它是自下而上来设计的，我们要先知道子类才能抽象出父类，而接口则不同，它根本就不需要知道子类的存在，只需要定义一个规则即可，至于什么子类、什么时候怎么实现它一概不知。比如我们只有一个猫类在这里，如果你这是就抽象成一个动物类，是不是设计有点儿过度？我们起码要有两个动物类，猫、狗在这里，我们在抽象他们的共同点形成动物抽象类吧！所以说抽象类往往都是通过重构而来的！但是接口就不同，比如说飞，我们根本就不知道会有什么东西来实现这个飞接口，怎么实现也不得而知，我们要做的就是事前定义好飞的行为接口。所以说抽象类是自底向上抽象而来的，接口是自顶向下设计出来的。

 

抽象类和接口的区别在于使用动机。使用抽象类是为了代码的复用，而使用接口的动机是为了实现多态性。所以，如果你在为某个地方该使用接口还是抽象类而犹豫不决时，那么可以想想你的动机是什么。
      看到有朋友对IPerson这个接口的质疑，我个人的理解是，IPerson这个接口该不该定义，关键看具体应用中是怎么个情况。如果我们的项目中有Women和Man，都继承Person，而且Women和Man绝大多数方法都相同，只有一个方法DoSomethingInWC（）不同（例子比较粗俗，各位见谅），那么当然定义一个AbstractPerson抽象类比较合理，因为它可以把其他所有方法都包含进去，子类只定义DoSomethingInWC（），大大减少了重复代码量。
      但是，如果我们程序中的Women和Man两个类基本没有共同代码，而且有一个PersonHandle类需要实例化他们，并且不希望知道他们是男是女，而只需把他们当作人看待，并实现多态，那么定义成接口就有必要了。
      总而言之，接口与抽象类的区别主要在于使用的动机，而不在于其本身。而一个东西该定义成抽象类还是接口，要根据具体环境的上下文决定。
      再者，我认为接口和抽象类的另一个区别在于，抽象类和它的子类之间应该是一般和特殊的关系，而接口仅仅是它的子类应该实现的一组规则。（当然，有时也可能存在一般与特殊的关系，但我们使用接口的目的不在这里）如，交通工具定义成抽象类，汽车、飞机、轮船定义成子类，是可以接受的，因为汽车、飞机、轮船都是一种特殊的交通工具。再譬如Icomparable接口，它只是说，实现这个接口的类必须要可以进行比较，这是一条规则。如果Car这个类实现了Icomparable，只是说，我们的Car中有一个方法可以对两个Car的实例进行比较，可能是比哪辆车更贵，也可能比哪辆车更大，这都无所谓，但我们不能说“汽车是一种特殊的可以比较”，这在文法上都不通。