深入abstract class和interface （1）

abstract class和interface是Java語言中對於抽象類別定義進行支援的兩種機制，正是由於這兩種機制的存在，才賦予了Java強大的物件導向能力。 abstract class和interface之間在對於抽象類別定義的支援方面具有很大的相似性，甚至可以相互替換，因此很多開發人員在進行抽象類別定義時對於 abstract class和interface的選擇顯得比較隨意。

其實，兩者之間還是有很大的區別的，對於它們的選擇甚至反映出對於問題領域本質的理解、對於設計意圖的理解是否正確、合理。本文將對它們之間的區別進行一番剖析，試圖給開發人員提供一個在二者之間進行選擇的依據。

一、理解抽象類別

abstract class和interface在Java語言中都是用來進行抽象類別（本文中的抽象類別並非從abstract class翻譯而來，它表示的是一個抽象體，而abstract class為Java語言中用於定義抽象類別的一種方法，請讀者注意區分）定義的，那麼什麼是抽象類別，使用抽象類別能為我們帶來什麼好處呢？

在物件導向的概念中，我們知道所有的對象都是通過類來描繪的，但是反過來卻不是這樣。並不是所有的類都是用來描繪對象的，如果一個類中沒有包含足夠的資訊來描繪一個具體的對象，這樣的類就是抽象類別。抽象類別往往用來表徵我們在對問題領域進行分析、設計中得出的抽象概念，是對一系列看上去不同，但是本質上相同的具體概念的抽象。

比如：如果我們進行一個圖形編輯軟體的開發，就會發現問題領域存在著圓、三角形這樣一些具體概念，它們是不同的，但是它們又都屬於形狀這樣一個概念，形狀這個概念在問題領域是不存在的，它就是一個抽象概念。正是因為抽象的概念在問題領域沒有對應的具體概念，所以用以表徵抽象概念的抽象類別是不能夠執行個體化的。

在物件導向領域，抽象類別主要用來進行類型隱藏。我們可以構造出一個固定的一組行為的抽象描述，但是這組行為卻能夠有任意個可能的具體實現方式。這個抽象描述就是抽象類別，而這一組任意個可能的具體實現則表現為所有可能的衍生類別。模組可以操作一個抽象體。由於模組依賴於一個固定的抽象體，因此它可以是不允許修改的；同時，通過從這個抽象體派生，也可擴充此模組的行為功能。熟悉OCP的讀者一定知道，為了能夠實現物件導向設計的一個最核心的原則OCP(Open -Closed Principle)，抽象類別是其中的關鍵所在。

二、從文法定義層面看abstract class和interface

在文法層面，Java語言對於abstract class和interface給出了不同的定義方式，下面以定義一個名為Demo的抽象類別為例來說明這種不同。使用abstract class的方式定義Demo抽象類別的方式如下：

abstract class Demo ｛ abstract void method1(); abstract void method2(); … ｝

使用interface的方式定義Demo抽象類別的方式如下：

interface Demo { void method1(); void method2(); … }

在abstract class方式中，Demo可以有自己的資料成員，也可以有非abstarct的成員方法，而在interface方式的實現中，Demo只能夠有靜態不能被修改的資料成員（也就是必須是static final的，不過在interface中一般不定義資料成員），所有的成員方法都是abstract的。從某種意義上說，interface是一種特殊形式的abstract class。

從編程的角度來看，abstract class和interface都可以用來實現"design by contract"的思想。但是在具體的使用上面還是有一些區別的。

首先，abstract class在Java語言中表示的是一種繼承關係，一個類只能使用一次繼承關係。但是，一個類卻可以實現多個interface。也許，這是Java語言的設計者在考慮Java對於多重繼承的支援方面的一種折中考慮吧。

其次，在abstract class的定義中，我們可以賦予方法的預設行為。但是在interface的定義中，方法卻不能擁有預設行為，為了繞過這個限制，必須使用委託，但是這會 增加一些複雜性，有時會造成很大的麻煩。

在抽象類別中不能定義預設行為還存在另一個比較嚴重的問題，那就是可能會造成維護上的麻煩。因為如果後來想修改類的介面（一般通過 abstract class或者interface來表示）以適應新的情況（比如，添加新的方法或者給已用的方法中添加新的參數）時，就會非常的麻煩，可能要花費很多的時間（對於衍生類別很多的情況，尤為如此）。但是如果介面是通過abstract class來實現的，那麼可能就只需要修改定義在abstract class中的預設行為就可以了。

同樣，如果不能在抽象類別中定義預設行為，就會導致同樣的方法實現出現在該抽象類別的每一個衍生類別中，違反了"one rule，one place"原則，造成代碼重複，同樣不利於以後的維護。因此，在abstract class和interface間進行選擇時要非常的小心。

三、從設計理念層面看abstract class和interface

上面主要從文法定義和編程的角度論述了abstract class和interface的區別，這些層面的區別是比較低層次的、非本質的。本文將從另一個層面：abstract class和interface所反映出的設計理念，來分析一下二者的區別。作者認為，從這個層面進行分析才能理解二者概念的本質所在。

前面已經提到過，abstarct class在Java語言中體現了一種繼承關係，要想使得繼承關係合理，父類和衍生類別之間必須存在"is a"關係，即父類和衍生類別在概念本質上應該是相同的。對於interface 來說則不然，並不要求interface的實現者和interface定義在概念本質上是一致的，僅僅是實現了interface定義的契約而已。為了使論述便於理解，下面將通過一個簡單的執行個體進行說明。

考慮這樣一個例子，假設在我們的問題領域中有一個關於Door的抽象概念，該Door具有執行兩個動作open和close，此時我們可以通過abstract class或者interface來定義一個表示該抽象概念的類型，定義方式分別如下所示：

使用abstract class方式定義Door： abstract class Door { abstract void open(); abstract void close()； } 使用interface方式定義Door： interface Door { void open(); void close(); }

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