03. 接口 vs 抽象类比较
03.接口 vs 抽象类比较
目录介绍
01.面向对象设计特性
1.1 抽象和接口特性
1.2 一些问题思考
1.3 抽象的设计思想
1.4 抽象思想案例
02.抽象类介绍
2.1 看抽象案例
2.2 抽象类特点
2.3 抽象类设计注意要点
2.4 抽象的思想
2.5 模拟抽象类
03.接口设计介绍
3.1 看接口案例
3.2 接口的特点
3.3 接口设计注意点
3.4 接口的思想
3.5 Marker Interface
3.6 模拟接口设计
04.解决什么编程问题
4.1 抽象类的由来
4.2 接口的由来
05.抽象类 VS 接口
5.1 理解抽象和接口
5.2 语法上不同
5.3 编程角度不同
5.4 通俗理解两者区别
5.5 设计层次上区别
06.如何选择场景
6.1 判断标准很简单
6.2 场景上的区别
6.3 一些具体的例子
6.4 开发总结一下
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01.面向对象设计特性
1.1 抽象和接口特性
在面向对象编程中,抽象类和接口是两个经常被用到的语法概念,是面向对象四大特性,以及很多设计模式、设计思想、设计原则编程实现的基础。
比如,我们可以使用接口来实现面向对象的抽象特性、多态特性和基于接口而非实现的设计原则,使用抽象类来实现面向对象的继承特性和模板设计模式等等。
并不是所有的面向对象编程语言都支持这两个语法概念,比如,C++ 这种编程语言只支持抽象类,不支持接口;而像 Python 这样的动态编程语言,既不支持抽象类,也不支持接口。
尽管有些编程语言没有提供现成的语法来支持接口和抽象类,我们仍然可以通过一些手段来模拟实现这两个语法概念。
1.2 一些问题思考
这两个语法概念不仅在工作中经常会被用到,在面试中也经常被提及。比如,“接口和抽象类的区别是什么?什么时候用接口?什么时候用抽象类?抽象类和接口存在的意义是什么?能解决哪些编程问题?”等等。
1.3 抽象的设计思想
抽象思想是指将事物或概念从具体的、特定的细节中抽离出来,关注其普遍性、共性和本质特征的思维方式。它是一种对事物进行概括、归纳和提炼的思考方式,通过忽略细节和个别差异,抓住事物的本质和共同点,以更高层次的概念和模型来理解和描述事物。
1.4 抽象思想案例
代码如下所示。抽象类除了有抽象类特性之外,还可以解决代码复用问题。
02.抽象类介绍
2.1 看抽象案例
不同的编程语言对接口和抽象类的定义方式可能有些差别,但差别并不会很大。首先来看一下,在 Java 这种编程语言中,我们是如何定义抽象类的。
下面这段代码是一个比较典型的抽象类的使用场景(模板设计模式)。
Logger 是一个记录日志的抽象类,FileLogger 和 MessageQueueLogger 继承 Logger,分别实现两种不同的日志记录方式:记录日志到文件中和记录日志到消息队列中。
FileLogger 和 MessageQueueLogger 两个子类复用了父类方法,但因为这两个子类写日志的方式不同,它们又各自重写了父类中的 doLog() 方法。
2.2 抽象类特点
抽象类是一种在面向对象编程中的概念,它是不能被实例化的类,只能被继承。抽象类用于定义一组抽象方法和可能的具体方法,以提供一种通用的接口和行为,供其子类实现和继承。
通过上面的这个例子来看一下,抽象类具有哪些特性。
抽象类不允许被实例化,只能被继承。也就是说,你不能 new 一个抽象类的对象出来(Logger logger = new Logger(…); 会报编译错误)。
抽象类可以包含属性和方法。方法既可以包含代码实现(比如 Logger 中的 log() 方法),也可以不包含代码实现(比如 Logger 中的 doLog() 方法)。不包含代码实现的方法叫作抽象方法。
子类继承抽象类,必须实现抽象类中的所有抽象方法。对应到例子代码中就是,所有继承 Logger 抽象类的子类,都必须重写 doLog() 方法。
抽象类提供了一种抽象的概念和接口,用于定义一组相关的类的共同行为和属性。它可以作为一种模板或基类,为子类提供一致的接口和行为,实现代码的复用和多态性。
2.3 抽象类设计注意要点
如果想要设计这样一个类,该类包含一个特别的成员方法,方法的具体实现由它的子类确定,那么可以在父类中声明该方法为抽象方法
Abstract 关键字同样可以用来声明抽象方法,抽象方法只包含一个方法名,而没有方法体。声明抽象方法会造成以下两个结果:
如果一个类包含抽象方法,则该类必须声明为抽象类
子类必须重写父类的抽象方法,否则自身也必须声明为抽象类
2.4 抽象的思想
抽象特性的定义讲完了,我们再来看一下,抽象的意义是什么?它能解决什么编程问题?
实际上,如果上升一个思考层面的话,抽象及其前面讲到的封装都是人类处理复杂性的有效手段。
在面对复杂系统的时候,人脑能承受的信息复杂程度是有限的,所以我们必须忽略掉一些非关键性的实现细节。抽象作为一种只关注功能点不关注实现的设计思路,正好帮我们的大脑过滤掉许多非必要的信息。
抽象作为一个非常宽泛的设计思想,很多设计原则都体现了抽象这种设计思想,比如基于接口而非实现编程、开闭原则(对扩展开放、对修改关闭)、代码解耦(降低代码的耦合性)等。
举个简单例子,比如 getAliPictureUrl() 就不是一个具有抽象思维的命名,因为某一天如果我们不再把图片存储在阿里云上,而是存储在私有云上,那这个命名也要随之被修改。相反,如果我们定义一个比较抽象的函数,比如叫作 getPictureUrl(),那即便内部存储方式修改了,我们也不需要修改命名。
2.5 模拟抽象类
在 Python、Ruby 这些动态语言中,不仅没有接口的概念,也没有类似 abstract、virtual 这样的关键字来定义抽象类,那该如何实现上面的讲到的 抽象类 的设计思路呢?
实际上,除了用抽象类来模拟接口之外,还可以用普通类来模拟接口。具体的 Java 代码实现如下所示。
类中的方法必须包含实现,这个不符合接口的定义。但是,我们可以让类中的方法抛出 MethodUnSupportedException 异常,来模拟不包含实现的接口,并且能强迫子类在继承这个父类的时候,都去主动实现父类的方法,否则就会在运行时抛出异常。
那又如何避免这个类被实例化呢?实际上很简单,我们只需要将这个类的构造函数声明为 protected 访问权限就可以了。
03.接口设计介绍
3.1 看接口案例
再来看一下,在 Java 这种编程语言中,我们如何定义接口。
上面这段代码是一个比较典型的接口的使用场景。通过 Java 中的 interface 关键字定义了一个 Filter 接口。AuthenticationFilter 和 RateLimitFilter 是接口的两个实现类,分别实现了对 RPC 请求鉴权和限流的过滤功能。
3.2 接口的特点
代码非常简洁。结合代码再来看一下,接口都有哪些特性。
接口不能包含属性(也就是成员变量)。
接口只能声明方法,方法不能包含代码实现。
类实现接口的时候,必须实现接口中声明的所有方法。
接口是一种抽象的概念,用于定义一组方法的契约,而不涉及具体的实现。接口定义了类应该具有的方法和行为,以提供一种通用的接口,供类来实现。
3.3 接口设计注意点
3.4 接口的思想
3.5 Marker Interface
接口的职责也不仅仅限于抽象方法的集合,其实有各种不同的实践。
有一类没有任何方法的接口,通常叫作 Marker Interface,顾名思义,它的目的就是为了声明某些东西,比如我们熟知的 Cloneable、Serializable 等。这种用法,也存在于业界其他的 Java 产品代码中。
3.6 模拟接口设计
如果你熟悉的是 C++ 这种编程语言,你可能会说,C++ 只有抽象类,并没有接口,那从代码实现的角度上来说,是不是就无法实现 接口 的设计思路了呢?
先来回忆一下接口的定义:接口中没有成员变量,只有方法声明,没有方法实现,实现接口的类必须实现接口中的所有方法。
只要满足这样几点,从设计的角度上来说,我们就可以把它叫作接口。实际上,要满足接口的这些语法特性并不难。
在下面这段 C++ 代码中,就用抽象类模拟了一个接口(下面这段代码实际上是策略模式中的一段代码)。
抽象类 Strategy 没有定义任何属性,并且所有的方法都声明为 virtual 类型(等同于 Java 中的 abstract 关键字)。
这样,所有的方法都不能有代码实现,并且所有继承这个抽象类的子类,都要实现这些方法。从语法特性上来看,这个抽象类就相当于一个接口。
04.解决什么编程问题
4.1 抽象类的由来
抽象类也是为代码复用而生的。多个子类可以继承抽象类中定义的属性和方法,避免在子类中,重复编写相同的代码。
不过,既然继承本身就能达到代码复用的目的,而继承也并不要求父类一定是抽象类,那我们不使用抽象类,照样也可以实现继承和复用。从这个角度上来讲,我们貌似并不需要抽象类这种语法呀。
那抽象类除了解决代码复用的问题,还有什么其他存在的意义吗?
还是拿之前那个打印日志的例子。我们先对上面的代码做下改造。在改造之后的代码中,Logger 不再是抽象类,只是一个普通的父类,删除了 Logger 中 log()、doLog() 方法,新增了 isLoggable() 方法。FileLogger 和 MessageQueueLogger 还是继承 Logger 父类,以达到代码复用的目的。具体的代码如下:
这个设计思路虽然达到了代码复用的目的,但是无法使用多态特性了。像下面这样编写代码,就会出现编译错误,因为 Logger 中并没有定义 log() 方法。
你可能会说,这个问题解决起来很简单啊。在 Logger 父类中,定义一个空的 log() 方法,让子类重写父类的 log() 方法,实现自己的记录日志的逻辑,不就可以了吗?
这个设计思路能用,但是,它显然没有之前通过抽象类的实现思路优雅。为什么这么说呢?主要有以下几点原因。
在 Logger 中定义一个空的方法,会影响代码的可读性。如果我们不熟悉 Logger 背后的设计思想,代码注释又不怎么给力,我们在阅读 Logger 代码的时候,就可能对为什么定义一个空的 log() 方法而感到疑惑,需要查看 Logger、FileLogger、MessageQueueLogger 之间的继承关系,才能弄明白其设计意图。
当创建一个新的子类继承 Logger 父类的时候,我们有可能会忘记重新实现 log() 方法。之前基于抽象类的设计思路,编译器会强制要求子类重写 log() 方法,否则会报编译错误。我们举的例子比较简单,Logger 中的方法不多,代码行数也很少。但是,如果 Logger 有几百行,有 n 多方法,除非你对 Logger 的设计非常熟悉,否则忘记重新实现 log() 方法,也不是不可能的。
Logger 可以被实例化,换句话说,我们可以 new 一个 Logger 出来,并且调用空的 log() 方法。这也增加了类被误用的风险。当然,这个问题可以通过设置私有的构造函数的方式来解决。不过,显然没有通过抽象类来的优雅。
4.2 接口的由来
为什么需要接口?它能够解决什么编程问题?
抽象类更多的是为了代码复用,而接口就更侧重于解耦。接口是对行为的一种抽象,相当于一组协议或者契约,调用者只需要关注抽象的接口,不需要了解具体的实现,具体的实现代码对调用者透明。接口实现了约定和实现相分离,可以降低代码间的耦合性,提高代码的可扩展性。
实际上,接口是一个比抽象类应用更加广泛、更加重要的知识点。比如,经常提到的“基于接口而非实现编程”,就是一条几乎天天会用到,并且能极大地提高代码的灵活性、扩展性的设计思想。
05.抽象类 VS 接口
5.1 理解抽象和接口
这两个语法概念不仅在工作中经常会被用到,在面试中也经常被提及。比如,“接口和抽象类的区别是什么?什么时候用接口?什么时候用抽象类?抽象类和接口存在的意义是什么?能解决哪些编程问题?”等等。
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,避免使用时在进行抽象类定义时对于 abstract class 和 interface 的选择随意。
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。
5.2 语法上不同
抽象类
接口
在 abstract class 方式中,Demo 可以有自己的数据成员,也可以有非 abstract 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。
抽象类实际上就是类,只不过是一种特殊的类,这种类不能被实例化为对象,只能被子类继承。我们知道,继承关系是一种 is-a 的关系,那抽象类既然属于类,也表示一种 is-a 的关系。相对于抽象类的 is-a 关系来说,接口表示一种 has-a 关系,表示具有某些功能。对于接口,有一个更加形象的叫法,那就是协议(contract)。
两者语法上的区别
抽象类方式中,抽象类可以拥有任意范围的成员数据,同时也可以拥有自己的非抽象方法,
但是接口方式中,它仅能够有静态、不能修改的成员数据(但是我们一般是不会在接口中使用成员数据),同时它所有的方法都必须是抽象的。
在某种程度上来说,接口是抽象类的特殊化。
对子类而言,它只能继承一个抽象类(这是 java 为了数据安全而考虑的),但是却可以实现多个接口。
5.3 编程角度不同
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,不过在 JDK1.8 中可以使用default
关键字实现默认方法。
在 Java 8 之前,接口与其实现类之间的 耦合度 太高了(tightly coupled),当需要为一个接口添加方法时,所有的实现类都必须随之修改。默认方法解决了这个问题,它可以为接口添加新的方法,而不会破坏已有的接口的实现。这在 lambda 表达式作为 Java 8 语言的重要特性而出现之际,为升级旧接口且保持向后兼容(backward compatibility)提供了途径。
5.4 通俗理解两者区别
接口和抽象类的概念不一样。接口是对动作的抽象,抽象类是对根源的抽象。从设计理念上,接口反映的是 “like-a” 关系,抽象类反映的是 “is-a” 关系。
抽象类表示的是,这个对象是什么。接口表示的是,这个对象能做什么。比如,男人,女人,这两个类(如果是类的话……),他们的抽象类是人。说明,他们都是人。
人可以吃东西,狗也可以吃东西,你可以把“吃东西”定义成一个接口,然后让这些类去实现它.
所以,在高级语言上,一个类只能继承一个类(抽象类)(正如人不可能同时是生物和非生物),但是可以实现多个接口(吃饭接口、走路接口)。
5.5 设计层次上区别
抽象层次不同:抽象类是对类抽象,而接口是对行为的抽象。抽象类是对整个类整体进行抽象,包括属性、行为,但是接口却是对类局部(行为)进行抽象。
跨域不同:抽象类所跨域的是具有相似特点的类,而接口却可以跨域不同的类。我们知道抽象类是从子类中发现公共部分,然后泛化成抽象类,子类继承该父类即可,但是接口不同。实现它的子类可以不存在任何关系,共同之处。例如猫、狗可以抽象成一个动物类抽象类,具备叫的方法。鸟、飞机可以实现飞 Fly 接口,具备飞的行为,这里我们总不能将鸟、飞机共用一个父类吧!所以说抽象类所体现的是一种继承关系,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。对于接口则不然,并不要求接口的实现者和接口定义在概念本质上是一致的, 仅仅是实现了接口定义的契约而已。
设计层次不同
对于抽象类而言,它是自下而上来设计的,我们要先知道子类才能抽象出父类,而接口则不同,它根本就不需要知道子类的存在,只需要定义一个规则即可,至于什么子类、什么时候怎么实现它一概不知。比如我们只有一个猫类在这里,如果你这是就抽象成一个动物类,是不是设计有点儿过度?我们起码要有两个动物类,猫、狗在这里,我们在抽象他们的共同点形成动物抽象类吧!所以说抽象类往往都是通过重构而来的!
但是接口就不同,比如说飞,我们根本就不知道会有什么东西来实现这个飞接口,怎么实现也不得而知,我们要做的就是事前定义好飞的行为接口。所以说抽象类是自底向上抽象而来的,接口是自顶向下设计出来的。
06.如何选择场景
6.1 判断标准很简单
实际上,判断的标准很简单。
如果我们要表示一种 is-a 的关系,并且是为了解决代码复用的问题,就用抽象类;
如果我们要表示一种 has-a 关系,并且是为了解决抽象而非代码复用的问题,那就可以使用接口。
从类的继承层次上来看,抽象类是一种自下而上的设计思路,先有子类的代码重复,然后再抽象成上层的父类(也就是抽象类)。而接口正好相反,它是一种自上而下的设计思路。我们在编程的时候,一般都是先设计接口,再去考虑具体的实现。
6.2 场景上的区别
抽象类和接口在设计上有一些区别,尽管它们都是面向对象编程中的抽象概念。以下是它们之间的一些主要区别:
实现方式:抽象类通过继承的方式被子类实现,而接口通过实现的方式被类实现。一个类只能继承一个抽象类,但可以实现多个接口。
方法实现:抽象类可以包含具体方法的实现,而接口只能包含方法的声明,没有具体的实现。类继承抽象类时,可以直接继承具体方法的实现,而实现接口时,必须提供方法的具体实现。
关注点:抽象类更适合用于描述一种 "是什么" 的关系,即类与类之间的继承关系。接口更适合用于描述一种 "能做什么" 的关系,即类具有哪些方法和行为。
灵活性:抽象类可以包含实例变量,而接口只能包含常量。抽象类可以提供一些默认的实现,而接口只能定义方法的契约,没有默认实现。
使用场景:抽象类通常用于描述一组相关的类,提供一种通用的基类,而接口通常用于定义一组方法的契约,用于实现多态性和解耦合。
6.3 一些具体的例子
那么在实际开发中应该如何选择抽象类和接口的案例:
如果需要提供一组相关类的通用行为和属性,可以使用抽象类。比如,Android 中要抽象出公共的 BaseActivity,可以做到子类复用!
如果需要定义一组方法的契约,以实现多态性和解耦合,可以使用接口。比如,Android 中要定义 MVP 的 View 和 Presenter 的交互接口,则要用接口!
在某些情况下,抽象类和接口可以结合使用,以满足更复杂的设计需求。
6.4 开发总结一下
抽象类和接口的语法特性
抽象类不允许被实例化,只能被继承。它可以包含属性和方法。方法既可以包含代码实现,也可以不包含代码实现。不包含代码实现的方法叫作抽象方法。子类继承抽象类,必须实现抽象类中的所有抽象方法。接口不能包含属性,只能声明方法,方法不能包含代码实现。类实现接口的时候,必须实现接口中声明的所有方法。
抽象类和接口存在的意义
抽象类是对成员变量和方法的抽象,是一种 is-a 关系,是为了解决代码复用问题。接口仅仅是对方法的抽象,是一种 has-a 关系,表示具有某一组行为特性,是为了解决解耦问题,隔离接口和具体的实现,提高代码的扩展性。
抽象类和接口的应用场景区别
什么时候该用抽象类?什么时候该用接口?实际上,判断的标准很简单。如果要表示一种 is-a 的关系,并且是为了解决代码复用问题,我们就用抽象类;如果要表示一种 has-a 关系,并且是为了解决抽象而非代码复用问题,那我们就用接口。
从语法特性上对比,这两者有比较大的区别:
语法特性的区别:比如抽象类中可以定义属性、方法的实现,而接口中不能定义属性,方法也不能包含代码实现等等。
设计角度的区别:抽象类实际上就是类,只不过是一种特殊的类,这种类不能被实例化为对象,只能被子类继承。我们知道,继承关系是一种 is-a 的关系,那抽象类既然属于类,也表示一种 is-a 的关系。相对于抽象类的 is-a 关系来说,接口表示一种 has-a 关系,表示具有某些功能。对于接口,有一个更加形象的叫法,那就是协议(contract)。
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