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走出abstract class与interface的狐疑

2017-11-10 08:00 星期五 所属: JAVA 教程 浏览:484

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abstract class和interface是Java语言中对付抽象类界说举办支持的两种机制,正是由于这两种机制的存在,才赋予了Java强大的面向工具本领。 abstract class和interface之间在对付抽象类界说的支持方面具有很大的相似性,甚至可以彼此替换,因此许多开拓者在举办抽象类界说时对付 abstract class和interface的选择显得较量随意。其实,两者之间照旧有很大的区此外,对付它们的选择甚至反应出对付问题规模本质的领略、对付设计意图的领略是否正确、公道。本文将对它们之间的区别举办一番分解,试图给开拓者提供一个在二者之间举办选择的依据。

领略抽象类 abstract class和interface在Java语言中都是用来举办抽象类(本文中的抽象类并非从abstract class翻译而来,它暗示的是一个抽象体,而abstract class为Java语言顶用于界说抽象类的一种要领,请读者留意区分)界说的,那么什么是抽象类,利用抽象类能为我们带来什么长处呢?

在面向工具的观念中,我们知道所有的工具都是通过类来描画的,可是反过来却不是这样。并不是所有的类都是用来描画工具的,假如一个类中没有包括足够的信息来描画一个详细的工具,这样的类就是抽象类。抽象类往往用来表征我们在对问题规模举办阐明、设计中得出的抽象观念,是对一系列看上去差异,可是本质上沟通的详细观念的抽象。好比:假如我们举办一个图形编辑软件的开拓,就会发明问题规模存在着圆、三角形这样一些详细观念,它们是差异的,可是它们又都属于形状这样一个观念,形状这个观念在问题规模是不存在的,它就是一个抽象观念。正是因为抽象的观念在问题规模没有对应的详细观念,所以用以表征抽象观念的抽象类是不可以或许实例化的。

在面向工具规模,抽象类主要用来举办范例埋没。我们可以结构出一个牢靠的一组行为的抽象描写,可是这组行为却可以或许有任意个大概的详细实现方法。这个抽象描写就是抽象类,而这一组任意个大概的详细实现则表示为所有大概的派生类。模块可以操纵一个抽象体。由于模块依赖于一个牢靠的抽象体,因此它可以是不答允修改的;同时,通过从这个抽象体派生,也可扩展此模块的行为成果。熟悉OCP的读者必然知道,为了可以或许实现面向工具设计的一个最焦点的原则OCP(Open-Closed Principle),抽象类是个中的要害地址。

从语法界说层面看abstract class和interface

在语法层面,Java语言对付abstract class和interface给出了差异的界说方法,下面以界说一个名为Demo的抽象类为例来说明这种差异。

利用abstract class的方法界说Demo抽象类的方法如下:

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

利用interface的方法界说Demo抽象类的方法如下:

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

在abstract class方法中,Demo可以有本身的数据成员,也可以有非abstarct的成员要领,而在interface方法的实现中,Demo只可以或许有静态的不能被修改的数据成员(也就是必需是static final的,不外在interface中一般不界说数据成员),所有的成员要领都是abstract的。从某种意义上说,interface是一种非凡形式的abstract class。

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。可是在详细的利用上面照旧有一些区此外。

首先,abstract class在Java语言中暗示的是一种担任干系,一个类只能利用一次担任干系。可是,一个类却可以实现多个interface。也许,这是Java语言的设计者在思量Java对付多重担任的支持方面的一种折中思量吧。

其次,在abstract class的界说中,我们可以赋予要领的默认行为。可是在interface的界说中,要领却不能拥有默认行为,为了绕过这个限制,必需利用委托,可是这会 增加一些巨大性,有时会造成很大的贫苦。

在抽象类中不能界说默认行为还存在另一个较量严重的问题,那就是大概会造成维护上的贫苦。因为假如厥后想修改类的界面(一般通过abstract class可能interface来暗示)以适应新的环境(好比,添加新的要领可能给已用的要领中添加新的参数)时,就会很是的贫苦,大概要耗费许多的时间(对付派生类许多的环境,尤为如此)。可是假如界面是通过abstract class来实现的,那么大概就只需要修改界说在abstract class中的默认行为就可以了。

同样,假如不能在抽象类中界说默认行为,就会导致同样的要领实现呈此刻该抽象类的每一个派生类中,违反了"one rule,one place"原则,造成代码反复,同样倒霉于今后的维护。因此,在abstract class和interface间举办选择时要很是的小心。


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从设计理念层面看abstract class和interface

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上面主要从语法界说和编程的角度阐述了abstract class和interface的区别,这些层面的区别是较量低条理的、非本质的。本小节将从另一个层面:abstract class和interface所反应出的设计理念,来阐明一下二者的区别。作者认为,从这个层面举办阐明才气领略二者观念的本质地址。

前面已经提到过,abstarct class在Java语言中浮现了一种担任干系,要想使得担任干系公道,父类和派生类之间必需存在"is a"干系,即父类和派生类在观念本质上应该是沟通的(参考文献〔3〕中有关于"is a"干系的大篇幅深入的阐述,有乐趣的读者可以参考)。对付interface 来说则否则,并不要求interface的实现者和interface界说在观念本质上是一致的,仅仅是实现了interface界说的契约罢了。为了使阐述便于领略,下面将通过一个简朴的实例举办说明。

思量这样一个例子,假设在我们的问题规模中有一个关于Door的抽象观念,该Door具有执行两个行动open和close,此时我们可以通过abstract class可能interface来界说一个暗示该抽象观念的范例,界说方法别离如下所示:

利用abstract class方法界说Door:

abstract class Door {
  abstract void open();
  abstract void close();
}

利用interface方法界说Door:

interface Door {
  void open();
  void close();
}

其他详细的Door范例可以extends利用abstract class方法界说的Door可能implements利用interface方法界说的Door。看起来仿佛利用abstract class和interface没有大的区别。

假如此刻要求Door还要具有报警的成果。我们该如何设计针对该例子的类布局呢(在本例中,主要是为了展示abstract class和interface反应在设计理念上的区别,其他方面无关的问题都做了简化可能忽略)?下面将摆列出大概的办理方案,并从设计理念层面临这些差异的方案举办阐明。

办理方案一:

简朴的在Door的界说中增加一个alarm要领,如下:

abstract class Door {
  abstract void open();
  abstract void close();
  abstract void alarm();
}

可能

interface Door {
  void open();
  void close();
  void alarm();
}

那么具有报警成果的AlarmDoor的界说方法如下:

class AlarmDoor extends Door {
  void open() { … }
  void close() { … }
  void alarm() { … }
}

可能

class AlarmDoor implements Door {
  void open() { … }
  void close() { … }
  void alarm() { … }
}

这种要领违反了面向工具设计中的一个焦点原则ISP(Interface Segregation Priciple),在Door的界说中把Door观念自己固有的行为要领和别的一个观念"报警器"的行为要领混在了一起。这样引起的一个问题是那些仅仅依赖于Door这个观念的模块会因为"报警器"这个观念的改变(好比:修改alarm要领的参数)而改变,反之依然。

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办理方案二:

既然open、close和alarm属于两个差异的观念,按照ISP原则应该把它们别离界说在代表这两个观念的抽象类中。界说方法有:这两个观念都利用 abstract class方法界说;两个观念都利用interface方法界说;一个观念利用abstract class方法界说,另一个观念利用interface方法界说。

显然,由于Java语言不支持多重担任,所以两个观念都利用abstract class方法界说是不行行的。后头两种方法都是可行的,可是对付它们的选择却反应出对付问题规模中的观念本质的领略、对付设计意图的反应是否正确、公道。我们一一来阐明、说明。

假如两个观念都利用interface方法来界说,那么就反应出两个问题:1、我们大概没有领略清楚问题规模,AlarmDoor在观念本质上到底是 Door照旧报警器?2、假如我们对付问题规模的领略没有问题,好比:我们通过对付问题规模的阐明发明AlarmDoor在观念本质上和Door是一致的,那么我们在实现时就没有可以或许正确的展现我们的设计意图,因为在这两个观念的界说上(均利用interface方法界说)反应不出上述寄义。

假如我们对付问题规模的领略是:AlarmDoor在观念本质上是Door,同时它有具有报警的成果。我们该如何来设计、实现来明晰的反应出我们的意思呢?前面已经说过,abstract class在Java语言中暗示一种担任干系,而担任干系在本质上是"is a"干系。所以对付Door这个观念,我们应该利用abstarct class方法来界说。别的,AlarmDoor又具有报警成果,说明它又可以或许完成报警观念中界说的行为,所以报警观念可以通过interface方法界说。如下所示:

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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() { … }
}

这种实现方法根基上可以或许明晰的反应出我们对付问题规模的领略,正确的展现我们的设计意图。其实abstract class暗示的是"is a"干系,interface暗示的是"like a"干系,各人在选择时可以作为一个依据,虽然这是成立在对问题规模的领略上的,好比:假如我们认为AlarmDoor在观念本质上是报警器,同时又具有 Door的成果,那么上述的界说方法就要反过来了。

结论

abstract class和interface是Java语言中的两种界说抽象类的方法,它们之间有很大的相似性。可是对付它们的选择却又往往反应出对付问题规模中的观念本质的领略、对付设计意图的反应是否正确、公道,因为它们表示了观念间的差异的干系(固然都可以或许实现需求的成果)。这其实也是语言的一种的习用法。

 

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