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  • C#抽象类与接口的区别

    在C#2.0中, abstract class 和interface 是支持抽象类定义的两种机制。由于这两种机制的存在,赋予了C#2.0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,因此很多时候 我们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。
     
    理解抽象类
     
    abstract class 和interface在C#2.0中都是用来进行抽象类(本文中的抽象类并非从abstract class翻译而来,它表示的是一个抽象体,而 abstract class为C#2.0中用于定义抽象类的一种方法)定义的,那么什么是抽象类,使用抽象类能为我们带来什么好处呢?
     
    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。抽象类往往用来表达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,所以用来表达抽象概念的抽象类是 不能够进行实例化的。
     
    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所有可能的派生类。模块可以操作一个抽象体。由于模 块依赖于一个固定的抽象体,因此它可以是不允许修改的;同时,通过从这个抽象体派生,也可扩展此模块的行为功能。熟悉OCP的就知道,为了能够实现面向对 象设计的一个最核心的原则OCP(Open-Closed Principle),抽象类是其中的关键所在。 
     
    从语法定义层面看abstract class 和 interface 
     
    在语法层面,C#2.0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Building的抽象类为例来说明这种不同。
     
    使用abstract class的方式定义:
     
    Code class Building
    {
    Public building(){…}
    Public abstract void method1(); 
    Public abstract void method2(); 



     
    使用interface的方式定义:
     
    Code IBuilding

    {

    void method1(); 

    void method2(); 





     
    在 abstract class方式中,Building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,Building只能够有静态的不能被修改的数据成员(也就是必须是static 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。
     
    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 面向对象编程中的 实现继承,一个类只能使用一次继承关系(因为C#2.0不支持多重实现继承)。但是,一个类却可以实现多个interface。
     
    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。
     
    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。
     
    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。个人认为,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,abstract class在C#2.0中是实现继承,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: 
     
    Code class Door



    abstract void open();

    abstract void close();





     
    使用interface方式定义:
    Code IDoor



    void open(); 

    void close(); 





     
    其他具体的Door类型可以通过实现继承使用abstract class方式定义的Door或者 通过接口继承使用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:
     
    Code class Door



    abstract void open(); 

    abstract void close(); 

    abstract void alarm(); 

    }



     
    或者
     
    Code IDoor

    {

    void open(); 

    void close(); 

    void alarm(); 

    }



     
    那么具有报警功能的AlarmDoor的定义方式如下: 
     
    Code AlarmDoor : Door



    void open(){…} 

    void close(){…}

    void alarm(){…} 

    }



     
    或者 
     
    Code AlarmDoor : IDoor



    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 Principle),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C#2.0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:
    1、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?
    2、 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C#2.0中是实现继承,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:
     
    Code class Door

    abstract void open();

    abstract void close(); 



     
    interface Alarm

    void alarm(); 



    class AlarmDoor 
     
    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。 
     
    小结
     
    1、abstract class 在 C#2.0中表示的是实现继承,一个类只能使用一次实现继承。但是,一个类却可以有多个接口继承。 
     
    2、 在abstract class 中可以有自己的数据成员,也可以有非abstarct的成员方法。而在interface中,只能够有静态的不能被修改 的数据成员(也就是必须是 static的,不过在 interface中一般不定义数据成员)。一般情况下,接口中只能包含方法、属性、索引器和事件的 声明。
     
    3、在interface 中不用声明成员上的修饰符,因为 interface成员总是公共的,不能声明为虚拟或静态 的。Interface 不允许包含运算符重载,不是因为声明他们在原则上有什么问题,而是因为接口通常是公共契约,包含运算符重载会引起一些与其 他.NET语言不兼容的问题。
     
    4、abstract class和interface所反映出的设计理念不同。其实abstract class表示的是"is-a"关系,interface表示的是"like-a"关系。
     
    5、实现抽象类和接口的类必须实现其中的所有方法。抽象类中可以有非抽象方法。接口中不允许提供任何成员的实现方式
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