Shuffy

　   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系則成為系統設計的關鍵。小到不同類之間的通信，大到各模塊之間的交互，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.關于接口的理解。 　　接口從更深層次的理解，應是定義（規范，約束）與實現（名實分離的原則）的分離。 　　我們在一般實現一個系統的時候，通常是將定義與實現合為一體，不加分離的，我認為最為理解的系統設計規范應是所有的定義與實現分離，盡管這可能對系統中的某些情況有點繁煩。 　　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里面所說的interface是協議的另一種說法。并不是指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，分布式對象環境的interface或其它什么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所確定的協議來共同工作。 　　面向interface編程，原意是指面向抽象協議編程，實現者在實現時要嚴格按協議來辦。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，面向協議編程，或者什么都不面向，老老實實編程。 　　但是我很討厭討論這樣的術語，不如我們談談什么叫面向領導的編程？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：為什么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，看看會出現什么問題。 　　假設要為銷售部門設計一個軟件，這個軟件包含一個“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件來說重要的特征。至于發動機的哪些特征是重要的，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。對于他們來說，這是惟一值得關心的參數。基于這一判斷，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。 　　雖然現在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征。這個行為特征既可以用接口定義，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，并用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，最后得到1.0版的軟件并交付使用。一段時間過去了，現在要設計2.0版的軟件。在評估2.0版軟件需求的過程中，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(); 　　} 　　在銷售部門的軟件中，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版軟件之后，銷售部門很滿意。隨著業務的不斷發展，不久之后光驅動的發動機出現了。銷售部門要求光驅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，因為下雨或多云的天氣里，某些光驅動發動機可能無法運轉。銷售部門要求為軟件增加對光驅動發動機的支持，所以要定義一個新的行為。 　　行為3：查詢光驅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。 　　再定義一個抽象類并把行為3轉換成Java方法，代碼如下： 　　代碼 　　public abstract SolarPoweredMotor extends Motor{ 　　abstract public int getLumensToOperate(); 　　} 　　SolarPoweredMotor和BatteryPoweredMotor都從Motor抽象類派生。在整個軟件中，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驅動還是電驅動，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。 　　現在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驅動的雙重驅動發動機。光驅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盡量少改動代碼。因為與光驅動發動機、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將不支持針對光驅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驅動的，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，根本的原因在于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{ 　　     public int getLumensToOperate(); 　　} 　　現在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。 　　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交互的方式。特別是對于公用的實現代碼，抽象類有它的優點。抽象類能夠保證實現的層次關系，避免代碼重復。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，如果依賴于抽象類來定義行為，往往導致過于復雜的繼承關系，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，并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，并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. 接口中可以包含字段，但是會被隱式的聲明為static和final。 　　3. 接口中的字段只是被存儲在該接口的靜態存儲區域內，而不屬于該接口。 　　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，但是采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量的基類，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量的時候，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應用的領域，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應用的不多，但也是它的特性之一。需要注意的是，在實現某個接口時，并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。

      接口和抽象類的另一個區別在于，抽象類和它的子類之間應該是一般和特殊的關系，而接口僅僅是它的子類應該實現的一組規則。（當然，有時也可能存在一般與特殊的關系，但我們使用接口的目的不在這里）如，交通工具定義成抽象類，汽車、飛機、輪船定義成子類，是可以接受的，因為汽車、飛機、輪船都是一種特殊的交通工具。再譬如Icomparable接口，它只是說，實現這個接口的類必須要可以進行比較，這是一條規則。如果Car這個類實現了Icomparable，只是說，我們的Car中有一個方法可以對兩個Car的實例進行比較，可能是比哪輛車更貴，也可能比哪輛車更大，這都無所謂，但我們不能說“汽車是一種特殊的可以比較”，這在文法上都不通。

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