知识大全 Java抽象类和接口的比较

Posted 2022-07-19 概念

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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 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下面从三个方面进行比较 一从语法定义层面看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 method （） abstract void method （） … 使用interface的方式定义Demo抽象类的方式如下 interface Demo void method （） void method （） … 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 二从编程层面看abstract class和interface 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 三从设计理念层面看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〔〕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 Priciple）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？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 AlarmDoor 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我们不能把它们实例化（拿不出一个具体的东西）所以称之为抽象比如我们要描述水果它就是一个抽象它有质量体积等一些共性（水果有质量）但又缺乏特性（苹果橘子都是水果它们有自己的特性）我们拿不出唯一一种能代表水果的东西（因为苹果橘子都不能代表水果）可用抽象类来描述它所以抽象类是不能够实例化的当我们用某个类来具体描述苹果时这个类就可以继承描述水果的抽象类我们都知道苹果是一种水果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这个抽象类的所有派生类接口和抽象类中的所有抽象方法不能有具体实现而应在它们的子类中实现所有的抽象方法（要有函数体哪怕里是空的） java的设计者可能为抽象方法的灵活性考虑每个子类可根据自己的需要来实现抽象方法抽象类（abstract class）的定义方式如下 public abstract class AbstractClass //里面至少有一个抽象方法 public int t; //普通数据成员 public abstract void method （） //抽象方法抽象类的子类在类中必须实现抽象类中的抽象方法 public abstract void method （） public void method （） //非抽象方法 public int method （） publi int method （） …… //抽象类中可以赋予非抽象方法方法的默认行为即方法的具体实现 public void method （） …… //抽象类中可以赋予非抽象方法方法的默认行为即方法的具体实现接口（interface）的定义方式如下 public interface Interface static final int i; //接口中不能有普通数据成员只能够有静态的不能被修改的数据成员 static表示全局 final表示不可修改可以不用static final 修饰会隐式的声明为static和final public void method （） //接口中的方法一定是抽象方法所以不用abstract修饰 public void method （） //接口中不能赋予方法的默认行为即不能有方法的具体实现简言之抽象类是一种功能不全的类接口只是一个抽象方法声明和静态不能被修改的数据的集合两者都不能被实例化从某种意义上说接口是一种特殊形式的抽象类在java语言中抽象类表示的是一种继承关系一个类只能继承继承一个抽象类而一个类却可以实现多个接口在许多情况下接口确实可以代替抽象类如果你不需要刻意表达属性上的继承的话进一步理解关于java引入抽象类接口的目的向高手请教得到的答复如下从类的层次结构上看抽象类是在层次的顶端但在实际的设计当中一般来说抽象类应当是后面才会出现为什么？实际上抽象类的获取有点像数学中的提取公因式 ax+bx x就是抽象类如果你没有前面的式子你怎么知道x是不是公因式呢？在这点上也符合人们认识世界的过程先具体后抽象因此在设计过程中如果你得到大量的具体概念并从当中找到其共性时这个共性的集合就是抽象类应当是没错的 interface从表面上看和抽象类很相似但用法完全不同它的基本功能就是把一些毫不相关的类（概念）集合在一起形成一个新的可集中操作的新类我给学生的一个典型例子就是司机谁可以当司机？谁都可以只要领取了驾照所以我不管你是学生白领蓝领还是老板只要有驾照就是司机 interface DriverLicence Licence getLicence（） class StudentDriver extends Student implements DriverLicence class WhtieCollarEmployeeDriver extends WhtieCollarEmployee implements DriverLicence class BlueCollarEmployeeDriver extends BlueCollarEmployee implements DriverLicence class BossDriver extends Boss implements Driver 当我定义了汽车类后我就可以指定司机了 class Car setDriver（DriverLicence driver）这时候 Car的对象并不关心这个司机到底是干什么的他们的唯一共同点是领取了驾照（都实现了DriverLicence接口）这个应当是接口最强大的地方也是抽象类无法比拟的总结抽象类是提取具体类的公因式而接口是为了将一些不相关的类杂凑成一个共同的群体通常我们平时养成良好的习惯就是多用接口毕竟java是单继承不像C++ 但是在需要使用抽象类的时候一定还是要用的（有点类似goto的用法） cha138/Article/program/Java/hx/201311/26194