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什麼叫面向接口編程
在一個面向對象的系統中,系統的各種功能是由許許多多的不同對象協作完成的。在這種情況下,各個對象內部是如何實現自己的,對系統設計人員來講就不那么重要了;而各個對象之間的協作關係則成為系統設計的關鍵。小到不同類之間的通信,大到各模組之間的互動,在系統設計之初都是要著重考慮的,這也是系統設計的主要工作內容。面向接口編程就是指按照這種思想來編程。
1.關於接口的理解。
接口從更深層次的理解,應是定義(規範,約束)與實現(名實分離的原則)的分離。
接口的本身反映了系統設計人員對系統的抽象理解。
接口應有兩類:第一類是對一個體的抽象,它可對應為一個抽象體(abstract class);
第二類是對一個體某一方面的抽象,即形成一個抽象面(interface);
一個體有可能有多個抽象面。
抽象體與抽象面是有區別的。
2.設計接口的另一個不可忽視的因素是接口所處的環境(context,environment),系統論的觀點:環境是系統要素所處的空間與外部影響因素的總和。任何接口都是在一定的環境中產生的。因此環境的定義及環境的變化對接口的影響是不容忽視的,脫離原先的環境,所有的接口將失去原有的意義。
3.按照組件的開發模型(3C),它們三者相輔相成,各司一面,渾然一體,缺一不可。
面向對象是指,我們考慮問題時,以對象為單位,考慮它的屬性及方法
面向過程是指,我們考慮問題時,以一個具體的流程(事務過程)為單位,考慮它的實現
接口設計與非接口設計是針對復用技術而言的,與面向對象(過程)不是一個問題
UML裡面所說的interface是協定的另一種說法。並不是指com的interface,CORBA的interface,Java的interface,Delphi的interface,人機界面的interface或NIC的interface。
在具體實現中,是可以把UML的interface實現為語言的interface,分散式對象環境的interface或其它什麼interface,但就理解UML的interface而言,指的是系統每部分的實現和實現之間,通過interface所確定的協定來共同工作。
面向interface編程,原意是指面向抽象協定編程,實現者在實現時要嚴格按協定來辦。面向對象編程是指面向抽象和具象。抽象和具象是矛盾的統一體,不可能只有抽象沒有具象。一般懂得抽象的人都明白這個道理。 但有的人只知具象卻不知抽象為何物。 所以只有interface沒有實現,或只有實現而沒有interface者是沒有用的,反OO的。
所以還是老老實實面向對象編程,面向協定編程,或者什麼都不面向,老老實實編程。
但是我很討厭討論這樣的術語,不如我們談談什麼叫面向領導的編程?面向用戶的編程?領導和用戶有時都很BT,我們就面向BT編程?
選擇Java接口還是抽象類
很多人有過這樣的疑問:為什麼有的地方必須使用接口而不是抽象類,而在另一些地方,又必須使用抽象類而不是接口呢?或者說,在考慮Java類的一般化問題時,很多人會在接口和抽象類之間猶豫不決,甚至隨便選擇一種。
實際上接口和抽象類的選擇不是隨心所欲的。要理解接口和抽象類的選擇原則,有兩個概念很重要:對象的行為和對象的實現。如果一個實體可以有多種實現方式,則在設計實體行為的描述方式時,應當達到這樣一個目標:在使用實體的時候,無需詳細了解實體行為的實現方式。也就是說,要把對象的行為和對象的實現分離開來。既然Java的接口和抽象類都可以定義不提供具體實現的方法,在分離對象的行為和對象的實現時,到底應該使用接口還是使用抽象類呢?
通過抽象類建立行為模型
在接口和抽象類的選擇上,必須遵守這樣一個原則:行為模型應該總是通過接口而不是抽象類定義。為了說明其原因,下面試著通過抽象類建立行為模型,看看會出現什麼問題。
假設要為銷售部門設計一個軟體,這個軟體包含一個“發動機”(Motor)實體。顯然無法在發動機對象中詳細地描述發動機的方方面面,只能描述某些對當前軟體來說重要的特徵。至於發動機的哪些特徵是重要的,則要與用戶(銷售部門)交流才能確定。
銷售部門的人要求每一個發動機都有一個稱為馬力的參數。對於他們來說,這是惟一值得關心的參數。基於這一判斷,可以把發動機的行為定義為以下行為。
行為1:查詢發動機的馬力,發動機將返回一個表示馬力的整數。
雖然還不清楚發動機如何取得馬力這個參數,但可以肯定發動機一定支持這個行為,而且這是所有發動機惟一值得關注的行為特徵。這個行為特徵既可以用接口定義,也可以用抽象類定義。為了說明用抽象類定義可能出現的問題,下面用抽象類建立發動機的行為模型,並用Java方法描述行為1,代碼如下:
代碼
public abstract Motor{
abstract public int getHorsepower();
}
在Motor抽象類的基礎上構造出多種具體實現,例如A型發動機、B型發動機等,再加上系統的其它部分,最後得到1.0版的軟體並交付使用。一段時間過去了,要設計2.0版的軟體。在評估2.0版軟體需求的過程中,發現一小部分發動機是電池驅動的,而電池需要一定的充電時間。銷售部門的人希望能夠通過計算機查閱充電時間。根據這一要求定義一個新的行為,如圖1所示。
行為2:查詢電驅動發動機的充電時間,發動機將返回一個表示充電時間的整數。
用Java方法來描述這個行為,代碼如下:
代碼
public abstract BatteryPoweredMotor extends Motor{
abstract public int getTimeToRecharge();
}
在銷售部門的軟體中,電驅動發動機也以類的形式實現,但這些類從BatteryPoweredMotor而不是Motor派生。這些改動加入到2.0版軟體之後,銷售部門很滿意。隨著業務的不斷發展,不久之後光碟機動的發動機出現了。銷售部門要求光碟機動發動機需要一定光能才能運轉,光能以流明(Lumen)度量。這個信息對客戶很重要,因為下雨或多雲的天氣里,某些光碟機動發動機可能無法運轉。銷售部門要求為軟體增加對光碟機動發動機的支持,所以要定義一個新的行為。
行為3:查詢光碟機動發動機能夠正常運轉所需要的最小流明數,發動機返回一個整數。
再定義一個抽象類並把行為3轉換成Java方法,代碼如下:
代碼
public abstract SolarPoweredMotor extends Motor{
abstract public int getLumensToOperate();
}
如圖1所示,SolarPoweredMotor和BatteryPoweredMotor都從Motor抽象類派生。在整個軟體中,90%以上的代碼以相同的方式對待所有的發動機。偶爾需要檢查一下發動機是光碟機動還是電驅動,使用instanceof實現,代碼如下:
代碼
if (instanceof SolarPoweredMotor){...}
if (instanceof BatteryPoweredMotor){...}
無論是哪種發動機,馬力這個參數都很重要,所以在所有派生的抽象類(SolarPoweredMotor和BatteryPoweredMotor)中,getHorsepower()方法都有效。
銷售部門又有了一種新的發動機,它是一種既有電驅動又有光碟機動的雙重驅動發動機。光碟機動和電驅動的行為本身沒有變化,但新的發動機同時支持兩種行為。在考慮如何定義新型的光電驅動發動機時,接口和抽象類的差別開始顯示出來了。新的目標是在增加新型發動機的前提下儘量少改動代碼。因為與光碟機動發動機、電驅動發動機有關的代碼已經過全面的測試,不存在已知的Bug。為了增加光電驅動發動機,要定義一個新的SolarBatteryPowered抽象類。如果讓SolarBatteryPowered從Motor抽象類派生,SolarBatteryPowered將不支持針對光碟機動發動機和電驅動發動機的instanceof操作。也就是說,如果查詢一個光電驅動的發動機是光碟機動的,還是電驅動的,得到的答案是:都不是。
如果讓SolarBatteryPowered從SolarPoweredMotor(或BatteryPoweredMotor)抽象類派生,類似的問題也會出現,SolarBatteryPowered將不支持針對BatteryPoweredMotor(或SolarPoweredMotor)的instanceof操作。從行為上看,光電驅動的發動機必須同時從兩個抽象類派生,但Java語言不允許多重繼承。之所以會出現這個問題,根本的原因在於使用抽象類不僅意味著定義特定的行為,而且意味著定義實現的模式。也就是說,應該定義一個發動機如何獲得行為的模型,而不僅僅是聲明發動機具有某一個行為。
通過接口建立行為模型
如果用接口來建立行為模型,就可以避免隱含地規定實現模式。例如,前面的幾個行為改用接口定義如下。
行為1:
代碼
public interface Motor(){
public int getHorsepower();
}
行為2:
代碼
public interface BatteryPoweredMotor extends Motor(){
public int getTimeToRecharge();
}
行為3:
代碼
public interface SolarPoweredMotor extends Motor{
abstract public int getLumensToOperate();
}
光電驅動的發動機可以描述為:
代碼
public DualPoweredMotor implements SolarPoweredMotor, BatteryPoweredMotor{}
DualPoweredMotor只繼承行為定義,而不是行為的實現模式,如圖2所示。
在使用接口的同時仍舊可以使用抽象類,不過這時抽象類的作用是實現行為,而不是定義行為。只要實現行為的類遵從接口定義,即使它改變了父抽象類,也不用改變其它代碼與之互動的方式。特別是對於公用的實現代碼,抽象類有它的優點。抽象類能夠保證實現的層次關係,避免代碼重複。然而,即使在使用抽象類的場合,也不要忽視通過接口定義行為模型的原則。從實踐的角度來看,如果依賴於抽象類來定義行為,往往導致過於複雜的繼承關係,而通過接口定義行為能夠更有效地分離行為與實現,為代碼的維護和修改帶來方便。
Java接口特性學習
在Java中看到接口,第一個想到的可能就是C++中的多重繼承和Java中的另外一個關鍵字abstract。從另外一個角度實現多重繼承是接口的功能之一,接口的存在可以使Java中的對象可以向上轉型為多個基類型,並且和抽象類一樣可以防止他人創建該類的對象,因為接口不允許創建對象。
interface關鍵字用來聲明一個接口,它可以產生一個完全抽象的類,並且不提供任何具體實現。interface的特性整理如下:
1. 接口中的方法可以有參數列表和返回類型,但不能有任何方法體。
2. 接口中可以包含欄位,但是會被隱式的聲明為static和final。
3. 接口中的欄位只是被存儲在該接口的靜態存儲區域內,而不屬於該接口。
4. 接口中的方法可以被聲明為public或不聲明,但結果都會按照public類型處理。
5. 當實現一個接口時,需要將被定義的方法聲明為public類型的,否則為默認訪問類型,Java編譯器不允許這種情況。
6. 如果沒有實現接口中所有方法,那么創建的仍然是一個接口。
7. 擴展一個接口來生成新的接口應使用關鍵字extends,實現一個接口使用implements。
interface在某些地方和abstract有相似的地方,但是採用哪種方式來聲明類主要參照以下兩點:
1. 如果要創建不帶任何方法定義和成員變數的基類,那么就應該選擇接口而不是抽象類。
2. 如果知道某個類應該是基類,那么第一個選擇的應該是讓它成為一個接口,只有在必須要有方法定義和成員變數的時候,才應該選擇抽象類。因為抽象類中允許存在一個或多個被具體實現的方法,只要方法沒有被全部實現該類就仍是抽象類。
以上就是接口的基本特性和套用的領域,但是接口絕不僅僅如此,在Java語法結構中,接口可以被嵌套,既可以被某個類嵌套,也可以被接口嵌套。這在實際開發中可能套用的不多,但也是它的特性之一。需要注意的是,在實現某個接口時,並不需要實現嵌套在其內部的任何接口,而且,private接口不能在定義它的類之外被實現。