面向接口編程

1、面向接口編程1.面向接口編程和面向?qū)ο缶幊淌鞘裁搓P(guān)系首先，面向接口編程和面向?qū)ο缶幊滩⒉皇瞧郊壍?，它并不是比面向?qū)ο缶幊谈冗M的一種獨立的編程思想，而是附屬于面向?qū)ο笏枷塍w系，屬于其一部分。或者說，它是面向?qū)ο缶幊腆w系中的思想精髓之一。2.接口的本質(zhì)接口，在表面上是由幾個沒有主體代碼的方法定義組成的集合體，有唯一的名稱，可以被類或其他接口所實現(xiàn)（或者也可以說繼承）。它在形式上可能是如下的樣子：interface InterfaceName    void Method1();    void&#

2、160;Method2(int para1);    void Method3(string para2,string para3); 那么，接口的本質(zhì)是什么呢？或者說接口存在的意義是什么。我認為可以從以下兩個視角考慮：1）接口是一組規(guī)則的集合，它規(guī)定了實現(xiàn)本接口的類或接口必須擁有的一組規(guī)則。體現(xiàn)了自然界“如果你是則必須能”的理念。例如，在自然界中，人都能吃飯，即“如果你是人，則必須能吃飯”。那么模擬到計算機程序中，就應(yīng)該有一個IPerson（習慣上，接口名由“I”開頭）接口，并有一個方法叫Eat()，然

3、后我們規(guī)定，每一個表示“人”的類，必須實現(xiàn)IPerson接口，這就模擬了自然界“如果你是人，則必須能吃飯”這條規(guī)則。從這里，我想各位也能看到些許面向?qū)ο笏枷氲臇|西。面向?qū)ο笏枷氲暮诵闹?，就是模擬真實世界，把真實世界中的事物抽象成類，整個程序靠各個類的實例互相通信、互相協(xié)作完成系統(tǒng)功能，這非常符合真實世界的運行狀況，也是面向?qū)ο笏枷氲木琛?）接口是在一定粒度視圖上同類事物的抽象表示。注意這里我強調(diào)了在一定粒度視圖上，因為“同類事物”這個概念是相對的，它因為粒度視圖不同而不同。例如，在我的眼里，我是一個人，和一頭豬有本質(zhì)區(qū)別，我可以接受我和我同學是同類這個說法，但絕不能接受我和一頭豬是同類。但

4、是，如果在一個動物學家眼里，我和豬應(yīng)該是同類，因為我們都是動物，他可以認為“人”和“豬”都實現(xiàn)了IAnimal這個接口，而他在研究動物行為時，不會把我和豬分開對待，而會從“動物”這個較大的粒度上研究，但他會認為我和一棵樹有本質(zhì)區(qū)別。現(xiàn)在換了一個遺傳學家，情況又不同了，因為生物都能遺傳，所以在他眼里，我不僅和豬沒區(qū)別，和一只蚊子、一個細菌、一顆樹、一個蘑菇乃至一個SARS病毒都沒什么區(qū)別，因為他會認為我們都實現(xiàn)了IDescendable這個接口（注：descend vi. 遺傳），即我們都是可遺傳的東西，他不會分別研究我們，而會將所有生物作為同類進行研究，在他眼里沒有人和病毒之分，只有

5、可遺傳的物質(zhì)和不可遺傳的物質(zhì)。但至少，我和一塊石頭還是有區(qū)別的?？刹恍业氖虑榘l(fā)生了，某日，地球上出現(xiàn)了一位偉大的人，他叫列寧，他在熟讀馬克思、恩格斯的辯證唯物主義思想巨著后，頗有心得，于是他下了一個著名的定義：所謂物質(zhì)，就是能被意識所反映的客觀實在。至此，我和一塊石頭、一絲空氣、一條成語和傳輸手機信號的電磁場已經(jīng)沒什么區(qū)別了，因為在列寧的眼里，我們都是可以被意識所反映的客觀實在。如果列寧是一名程序員，他會這么說：所謂物質(zhì)，就是所有同時實現(xiàn)了“IReflectabe”和“IEsse”兩個接口的類所生成的實例。（注：reflect v. 反映  esse n. 客觀實在）也許你會覺得我上

6、面的例子像在瞎掰，但是，這正是接口得以存在的意義。面向?qū)ο笏枷牒秃诵闹唤凶龆鄳B(tài)性，什么叫多態(tài)性？說白了就是在某個粒度視圖層面上對同類事物不加區(qū)別的對待而統(tǒng)一處理。而之所以敢這樣做，就是因為有接口的存在。像那個遺傳學家，他明白所有生物都實現(xiàn)了IDescendable接口，那只要是生物，一定有Descend（）這個方法，于是他就可以統(tǒng)一研究，而不至于分別研究每一種生物而最終累死?？赡苓@里還不能給你一個關(guān)于接口本質(zhì)和作用的直觀印象。那么在后文的例子和對幾個設(shè)計模式的解析中，你將會更直觀體驗到接口的內(nèi)涵。3.面向接口編程綜述通過上文，我想大家對接口和接口的思想內(nèi)涵有了一個了解，那么什么是面向接口編程

7、呢？我個人的定義是：在系統(tǒng)分析和架構(gòu)中，分清層次和依賴關(guān)系，每個層次不是直接向其上層提供服務(wù)（即不是直接實例化在上層中），而是通過定義一組接口，僅向上層暴露其接口功能，上層對于下層僅僅是接口依賴，而不依賴具體類。這樣做的好處是顯而易見的，首先對系統(tǒng)靈活性大有好處。當下層需要改變時，只要接口及接口功能不變，則上層不用做任何修改。甚至可以在不改動上層代碼時將下層整個替換掉，就像我們將一個WD的60G硬盤換成一個希捷的160G的硬盤，計算機其他地方不用做任何改動，而是把原硬盤拔下來、新硬盤插上就行了，因為計算機其他部分不依賴具體硬盤，而只依賴一個IDE接口，只要硬盤實現(xiàn)了這個接口，就可以替換上去。從

8、這里看，程序中的接口和現(xiàn)實中的接口極為相似，所以我一直認為，接口（interface）這個詞用的真是神似！使用接口的另一個好處就是不同部件或?qū)哟蔚拈_發(fā)人員可以并行開工，就像造硬盤的不用等造CPU的，也不用等造顯示器的，只要接口一致，設(shè)計合理，完全可以并行進行開發(fā)，從而提高效率。本篇文章先到這里。最后我想再啰嗦一句：面向?qū)ο蟮木枋悄M現(xiàn)實，這也可以說是我這篇文章的靈魂。所以，多從現(xiàn)實中思考面向?qū)ο蟮臇|西，對提高系統(tǒng)分析設(shè)計能力大有脾益。下篇文章，我將用一個實例來展示接口編程的基本方法。而第三篇，我將解析經(jīng)典設(shè)計模式中的一些面向接口編程思想，并解析一下.NET分層架構(gòu)中的面向接口思想。對本文的補

9、充：仔細看了各位的回復，非常高興能和大家一起討論技術(shù)問題。感謝給出肯定的朋友，也要感謝提出意見和質(zhì)疑的朋友，這促使我更深入思考一些東西，希望能借此進步。在這里我想補充一些東西，以討論一些回復中比較集中的問題。1.關(guān)于“面向接口編程”中的“接口”與具體面向?qū)ο笳Z言中“接口”兩個詞看到有朋友提出“面向接口編程”中的“接口”二字應(yīng)該比單純編程語言中的interface范圍更大。我經(jīng)過思考，覺得很有道理。這里我寫的確實不太合理。我想，面向?qū)ο笳Z言中的“接口”是指具體的一種代碼結(jié)構(gòu)，例如C#中用interface關(guān)鍵字定義的接口。而“面向接口編程”中的“接口”可以說是一種從軟件架構(gòu)的角度、從一個更抽象的

10、層面上指那種用于隱藏具體底層類和實現(xiàn)多態(tài)性的結(jié)構(gòu)部件。從這個意義上說，如果定義一個抽象類，并且目的是為了實現(xiàn)多態(tài)，那么我認為把這個抽象類也稱為“接口”是合理的。但是用抽象類實現(xiàn)多態(tài)合理不合理？在下面第二條討論。概括來說，我覺得兩個“接口”的概念既相互區(qū)別又相互聯(lián)系?！懊嫦蚪涌诰幊獭敝械慕涌谑且环N思想層面的用于實現(xiàn)多態(tài)性、提高軟件靈活性和可維護性的架構(gòu)部件，而具體語言中的“接口”是將這種思想中的部件具體實施到代碼里的手段。2.關(guān)于抽象類與接口看到回復中這是討論的比較激烈的一個問題。很抱歉我考慮不周沒有在文章中討論這個問題。我個人對這個問題的理解如下：如果單從具體代碼來看，對這兩個概念很容易模糊，

11、甚至覺得接口就是多余的，因為單從具體功能來看，除多重繼承外（C#，Java中），抽象類似乎完全能取代接口。但是，難道接口的存在是為了實現(xiàn)多重繼承？當然不是。我認為，抽象類和接口的區(qū)別在于使用動機。使用抽象類是為了代碼的復用，而使用接口的動機是為了實現(xiàn)多態(tài)性。所以，如果你在為某個地方該使用接口還是抽象類而猶豫不決時，那么可以想想你的動機是什么?？吹接信笥褜Person這個接口的質(zhì)疑，我個人的理解是，IPerson這個接口該不該定義，關(guān)鍵看具體應(yīng)用中是怎么個情況。如果我們的項目中有Women和Man，都繼承Person，而且Women和Man絕大多數(shù)方法都相同，只有一個方法DoSomething

12、InWC（）不同（例子比較粗俗，各位見諒），那么當然定義一個AbstractPerson抽象類比較合理，因為它可以把其他所有方法都包含進去，子類只定義DoSomethingInWC（），大大減少了重復代碼量。但是，如果我們程序中的Women和Man兩個類基本沒有共同代碼，而且有一個PersonHandle類需要實例化他們，并且不希望知道他們是男是女，而只需把他們當作人看待，并實現(xiàn)多態(tài)，那么定義成接口就有必要了?？偠灾?，接口與抽象類的區(qū)別主要在于使用的動機，而不在于其本身。而一個東西該定義成抽象類還是接口，要根據(jù)具體環(huán)境的上下文決定。再者，我認為接口和抽象類的另一個區(qū)別在于，抽象類和它的子類之

13、間應(yīng)該是一般和特殊的關(guān)系，而接口僅僅是它的子類應(yīng)該實現(xiàn)的一組規(guī)則。（當然，有時也可能存在一般與特殊的關(guān)系，但我們使用接口的目的不在這里）如，交通工具定義成抽象類，汽車、飛機、輪船定義成子類，是可以接受的，因為汽車、飛機、輪船都是一種特殊的交通工具。再譬如Icomparable接口，它只是說，實現(xiàn)這個接口的類必須要可以進行比較，這是一條規(guī)則。如果Car這個類實現(xiàn)了Icomparable，只是說，我們的Car中有一個方法可以對兩個Car的實例進行比較，可能是比哪輛車更貴，也可能比哪輛車更大，這都無所謂，但我們不能說“汽車是一種特殊的可以比較”，這在文法上都不通。問題的提出 定義：現(xiàn)在我們

14、要開發(fā)一個應(yīng)用，模擬移動存儲設(shè)備的讀寫，即計算機與U盤、MP3、移動硬盤等設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。上下文（環(huán)境）：已知要實現(xiàn)U盤、MP3播放器、移動硬盤三種移動存儲設(shè)備，要求計算機能同這三種設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，并且以后可能會有新的第三方的移動存儲設(shè)備，所以計算機必須有擴展性，能與目前未知而以后可能會出現(xiàn)的存儲設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。各個存儲設(shè)備間讀、寫的實現(xiàn)方法不同，U盤和移動硬盤只有這兩個方法，MP3Player還有一個PlayMusic方法。名詞定義：數(shù)據(jù)交換=讀，寫看到上面的問題，我想各位腦子中一定有了不少想法，這是個很好解決的問題，很多方案都能達到效果。下面，我列舉幾個典型的方案。解決方案列舉方案一

15、：分別定義FlashDisk、MP3Player、MobileHardDisk三個類，實現(xiàn)各自的Read和Write方法。然后在Computer類中實例化上述三個類，為每個類分別寫讀、寫方法。例如，為FlashDisk寫ReadFromFlashDisk、WriteToFlashDisk兩個方法?？偣擦鶄€方法。方案二：定義抽象類MobileStorage，在里面寫虛方法Read和Write，三個存儲設(shè)備繼承此抽象類，并重寫Read和Write方法。Computer類中包含一個類型為MobileStorage的成員變量，并為其編寫get/set器，這樣Computer中只需要兩個方法：ReadD

16、ata和WriteData，并通過多態(tài)性實現(xiàn)不同移動設(shè)備的讀寫。方案三：與方案二基本相同，只是不定義抽象類，而是定義接口IMobileStorage，移動存儲器類實現(xiàn)此接口。Computer中通過依賴接口IMobileStorage實現(xiàn)多態(tài)性。方案四：定義接口IReadable和IWritable，兩個接口分別只包含Read和Write，然后定義接口IMobileStorage接口繼承自IReadable和IWritable，剩下的實現(xiàn)與方案三相同。下面，我們來分析一下以上四種方案：首先，方案一最直白，實現(xiàn)起來最簡單，但是它有一個致命的弱點：可擴展性差?；蛘哒f，不符合“開放-關(guān)閉原則”（注：意

17、為對擴展開放，對修改關(guān)閉）。當將來有了第三方擴展移動存儲設(shè)備時，必須對Computer進行修改。這就如在一個真實的計算機上，為每一種移動存儲設(shè)備實現(xiàn)一個不同的插口、并分別有各自的驅(qū)動程序。當有了一種新的移動存儲設(shè)備后，我們就要將計算機大卸八塊，然后增加一個新的插口，在編寫一套針對此新設(shè)備的驅(qū)動程序。這種設(shè)計顯然不可取。此方案的另一個缺點在于，冗余代碼多。如果有100種移動存儲，那我們的Computer中豈不是要至少寫200個方法，這是不能接受的！我們再來看方案二和方案三，之所以將這兩個方案放在一起討論，是因為他們基本是一個方案（從思想層面上來說），只不過實現(xiàn)手段不同，一個是使用了抽象類，一個是

18、使用了接口，而且最終達到的目的應(yīng)該是一樣的。我們先來評價這種方案：首先它解決了代碼冗余的問題，因為可以動態(tài)替換移動設(shè)備，并且都實現(xiàn)了共同的接口，所以不管有多少種移動設(shè)備，只要一個Read方法和一個Write方法，多態(tài)性就幫我們解決問題了。而對第一個問題，由于可以運行時動態(tài)替換，而不必將移動存儲類硬編碼在Computer中，所以有了新的第三方設(shè)備，完全可以替換進去運行。這就是所謂的“依賴接口，而不是依賴與具體類”，不信你看看，Computer類只有一個MobileStorage類型或IMobileStorage類型的成員變量，至于這個變量具體是什么類型，它并不知道，這取決于我們在運行時給這個變量

19、的賦值。如此一來，Computer和移動存儲器類的耦合度大大下降。那么這里該選抽象類還是接口呢？還記得第一篇文章我對抽象類和接口選擇的建議嗎？看動機。這里，我們的動機顯然是實現(xiàn)多態(tài)性而不是為了代碼復用，所以當然要用接口。最后我們再來看一看方案四，它和方案三很類似，只是將“可讀”和“可寫”兩個規(guī)則分別抽象成了接口，然后讓IMobileStorage再繼承它們。這樣做，顯然進一步提高了靈活性，但是，這有沒有設(shè)計過度的嫌疑呢？我的觀點是：這要看具體情況。如果我們的應(yīng)用中可能會出現(xiàn)一些類，這些類只實現(xiàn)讀方法或只實現(xiàn)寫方法，如只讀光盤，那么這樣做也是可以的。如果我們知道以后出現(xiàn)的東西都是能讀又能寫的，那

20、這兩個接口就沒有必要了。其實如果將只讀設(shè)備的Write方法留空或拋出異常，也可以不要這兩個接口?？傊痪湓挘豪碚撌撬赖?，人是活的，一切從現(xiàn)實需要來，防止設(shè)計不足，也要防止設(shè)計過度。在這里，我們姑且認為以后的移動存儲都是能讀又能寫的，所以我們選方案三。實現(xiàn)下面，我們要將解決方案加以實現(xiàn)。我選擇的語言是C#，但是在代碼中不會用到C#特有的性質(zhì)，所以使用其他語言的朋友一樣可以參考。首先編寫IMobileStorage接口：Code：IMobileStorage1namespace InterfaceExample23    public i

21、nterface IMobileStorage4    5        void Read();/從自身讀數(shù)據(jù)6        void Write();/將數(shù)據(jù)寫入自身7    8 代碼比較簡單，只有兩個方法，沒什么好說的，接下來是三個移動存儲設(shè)備的具體實現(xiàn)代碼：U盤Code：FlashDisk 1nam

22、espace InterfaceExample 2 3    public class FlashDisk : IMobileStorage 4     5        public void Read() 6         

23、7            Console.WriteLine("Reading from FlashDisk"); 8            Console.WriteLine("Read finished!"); 9    &#

24、160;   1011        public void Write()12        13            Console.WriteLine("Writing to FlashDisk");14 

25、60;          Console.WriteLine("Write finished!");15        16    17MP3Code：MP3Player 1namespace InterfaceExample 2 3    public cl

26、ass MP3Player : IMobileStorage 4     5        public void Read() 6         7            Console

27、.WriteLine("Reading from MP3Player"); 8            Console.WriteLine("Read finished!"); 9        1011        public

28、 void Write()12        13            Console.WriteLine("Writing to MP3Player");14            Console.WriteLine

29、("Write finished!");15        1617        public void PlayMusic()18        19            Consol

30、e.WriteLine("Music is playing");20        21    22移動硬盤Code：MobileHardDisk 1namespace InterfaceExample 2 3    public class MobileHardDisk : IMobileStorage 4

31、     5        public void Read() 6         7            Console.WriteLine("Reading from MobileHardDi

32、sk"); 8            Console.WriteLine("Read finished!"); 9        1011        public void Write()12   

33、0;    13            Console.WriteLine("Writing to MobileHardDisk");14            Console.WriteLine("Write finished!");15 

34、;       16    17可以看到，它們都實現(xiàn)了IMobileStorage接口，并重寫了各自不同的Read和Write方法。下面，我們來寫Computer：Code：Computer 1namespace InterfaceExample 2 3    public class Computer 4     5 

35、;       private IMobileStorage _usbDrive; 6 7        public IMobileStorage UsbDrive 8         9        &#

36、160;   get10            11                return this._usbDrive;12            13

37、            set14            15                this._usbDrive = value;16   

38、         17        1819        public Computer()20        21        2223   

39、     public Computer(IMobileStorage usbDrive)24        25            this.UsbDrive = usbDrive;26        27 

40、60;  28        public void ReadData()29        30            this._usbDrive.Read();31        3233

41、60;       public void WriteData()34        35            this._usbDrive.Write();36        37    

42、;38其中的UsbDrive就是可替換的移動存儲設(shè)備，之所以用這個名字，是為了讓大家覺得直觀，就像我們平常使用電腦上的USB插口插拔設(shè)備一樣。OK！下面我們來測試我們的“電腦”和“移動存儲設(shè)備”是否工作正常。我是用的C#控制臺程序，具體代碼如下：Code：測試代碼 1namespace InterfaceExample 2 3    class Program 4     5      

43、  static void Main(string args) 6         7            Computer computer = new Computer(); 8        

44、    IMobileStorage mp3Player = new MP3Player(); 9            IMobileStorage flashDisk = new FlashDisk();10           

45、60;IMobileStorage mobileHardDisk = new MobileHardDisk();1112            Console.WriteLine("I inserted my MP3 Player into my computer and copy some music to

46、 it:");13            computer.UsbDrive = mp3Player;14            computer.WriteData();15            

47、Console.WriteLine();1617            Console.WriteLine("Well,I also want to copy a great movie to my computer from a mobile hard disk:");18   

48、;         computer.UsbDrive = mobileHardDisk;19            computer.ReadData();20            Console.WriteLine();2122 &#

49、160;          Console.WriteLine("OK!I have to read some files from my flash disk and copy another file to it:");23        

50、60;   computer.UsbDrive = flashDisk;24            computer.ReadData();25            computer.WriteData();26        

51、    Console.ReadLine();27        28    29現(xiàn)在編譯、運行程序，如果沒有問題，將看到如下運行結(jié)果：圖2.1 各種移動存儲設(shè)備測試結(jié)果好的，看來我們的系統(tǒng)工作良好。后來 剛過了一個星期，就有人送來了新的移動存儲設(shè)備NewMobileStorage，讓我測試能不能用，我微微一笑，心想這不是小菜一碟，讓我們看看面向接口編程的威力吧！將測試程序修改成如下：Code：測試代碼 1names

52、pace InterfaceExample 2 3    class Program 4     5        static void Main(string args) 6         7    &#

53、160;       Computer computer = new Computer(); 8            IMobileStorage newMobileStorage = new NewMobileStorage(); 910     

54、0;      Console.WriteLine("Now,I am testing the new mobile storage:");11            computer.UsbDrive = newMobileStorage;12      &

55、#160;     computer.ReadData();13            computer.WriteData();14            Console.ReadLine();15        16 

56、;   17編譯、運行、看結(jié)果：哈哈，神奇吧，Computer一點都不用改動，就可以使新的設(shè)備正常運行。這就是所謂“對擴展開放，對修改關(guān)閉”。圖2.2 新設(shè)備擴展測試結(jié)果又過了幾天，有人通知我說又有一個叫SuperStorage的移動設(shè)備要接到我們的Computer上，我心想來吧，管你是“超級存儲”還是“特級存儲”，我的“面向接口編程大法”把你們統(tǒng)統(tǒng)搞定。但是，當設(shè)備真的送來，我傻眼了，開發(fā)這個新設(shè)備的團隊沒有拿到我們的IMobileStorage接口，自然也沒有遵照這個約定。這個設(shè)備的讀、寫方法不叫Read和Write，而是叫rd和wt，這下完了不符合接口啊，插

57、不上。但是，不要著急，我們回到現(xiàn)實來找找解決的辦法。我們一起想想：如果你的Computer上只有USB接口，而有人拿來一個PS/2的鼠標要插上用，你該怎么辦？想起來了吧，是不是有一種叫“PS/2-USB”轉(zhuǎn)換器的東西？也叫適配器，可以進行不同接口的轉(zhuǎn)換。對了！程序中也有轉(zhuǎn)換器。這里，我要引入一個設(shè)計模式，叫“Adapter”。它的作用就如現(xiàn)實中的適配器一樣，把接口不一致的兩個插件接合起來。由于本篇不是講設(shè)計模式的，而且Adapter設(shè)計模式很好理解，所以我就不細講了，先來看我設(shè)計的類圖吧：如圖所示，雖然SuperStorage沒有實現(xiàn)IMobileStorage，但我們定義了一個實現(xiàn)IMobi

58、leStorage的SuperStorageAdapter，它聚合了一個SuperStorage，并將rd和wt適配為Read和Write，SuperStorageAdapter圖2.3 Adapter模式應(yīng)用示意具體代碼如下：Code：SuperStorageAdapter 1namespace InterfaceExample 2 3    public class SuperStorageAdapter : IMobileStorage 4 

59、0;   5        private SuperStorage _superStorage; 6 7        public SuperStorage SuperStorage 8         9   &#

60、160;        get10            11                return this._superStorage;12      

61、0;     13            set14            15                this._superStorage&

62、#160;= value;16            17        18    19        public void Read()20        21&#

63、160;           this._superStorage.rd();22        2324        public void Write()25        26    

64、;        this._superStorage.wt();27        28    29好，現(xiàn)在我們來測試適配過的新設(shè)備，測試代碼如下：Code：測試代碼 1namespace InterfaceExample 2 3    class Program 4  

65、60;  5        static void Main(string args) 6         7            Computer computer = new Computer();

66、60;8            SuperStorageAdapter superStorageAdapter = new SuperStorageAdapter(); 9            SuperStorage superStorage = new Super

67、Storage();10            superStorageAdapter.SuperStorage = superStorage;1112            Console.WriteLine("Now,I am testing the new super

68、60;storage with adapter:");13            computer.UsbDrive = superStorageAdapter;14            computer.ReadData();15            computer.WriteData();16