面向接口程式設計詳解（一）——思想基礎

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我想，對于各位使用面向對象程式設計語言的程式員來說，“接口”這個名詞一定不陌生，但是不知各位有沒有這樣的疑惑：接口有什麼用途？它和抽象類有什麼差別？能不能用抽象類代替接口呢？而且，作為程式員，一定經常聽到“面向接口程式設計”這個短語，那麼它是什麼意思？有什麼思想内涵？和面向對象程式設計是什麼關系？本文将一一解答這些疑問。

1.面向接口程式設計和面向對象程式設計是什麼關系

首先，面向接口程式設計和面向對象程式設計并不是平級的，它并不是比面向對象程式設計更先進的一種獨立的程式設計思想，而是附屬于面向對象思想體系，屬于其一部分。或者說，它是面向對象程式設計體系中的思想精髓之一。

2.接口的本質

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作（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 Method2(int para1);
    void Method3(string para2,string para3);
}
           

那麼，接口的本質是什麼呢？或者說接口存在的意義是什麼。我認為可以從以下兩個視角考慮：

1）接口是一組規則的集合，它規定了實作本接口的類或接口必須擁有的一組規則。展現了自然界“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”。那麼模拟到計算機程式中，就應該有一個IPerson（習慣上，接口名由“I”開頭）接口，并有一個方法叫Eat()，然後我們規定，每一個表示“人”的類，必須實作IPerson接口，這就模拟了自然界“如果你是人，則必須能吃飯”這條規則。

從這裡，我想各位也能看到些許面向對象思想的東西。面向對象思想的核心之一，就是模拟真實世界，把真實世界中的事物抽象成類，整個程式靠各個類的執行個體互相通信、互相協作完成系統功能，這非常符合真實世界的運作狀況，也是面向對象思想的精髓。

2）接口是在一定粒度視圖上同類事物的抽象表示。注意這裡我強調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，在我的眼裡，我是一個人，和一頭豬有本質差別，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。但是，如果在一個動物學家眼裡，我和豬應該是同類，因為我們都是動物，他可以認為“人”和“豬”都實作了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差別。

現在換了一個遺傳學家，情況又不同了，因為生物都能遺傳，是以在他眼裡，我不僅和豬沒差別，和一隻蚊子、一個細菌、一顆樹、一個蘑菇乃至一個SARS病毒都沒什麼差別，因為他會認為我們都實作了IDescendable這個接口（注：descend vi. 遺傳），即我們都是可遺傳的東西，他不會分别研究我們，而會将所有生物作為同類進行研究，在他眼裡沒有人和病毒之分，隻有可遺傳的物質和不可遺傳的物質。但至少，我和一塊石頭還是有差別的。

可不幸的事情發生了，某日，地球上出現了一位偉大的人，他叫列甯，他在熟讀馬克思、恩格斯的辯證唯物主義思想巨著後，頗有心得，于是他下了一個著名的定義：所謂物質，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号的電磁場已經沒什麼差別了，因為在列甯的眼裡，我們都是可以被意識所反映的客觀實在。如果列甯是一名程式員，他會這麼說：所謂物質，就是所有同時實作了“IReflectabe”和“IEsse”兩個接口的類所生成的執行個體。（注：reflect v. 反映  esse n. 客觀實在）

也許你會覺得我上面的例子像在瞎掰，但是，這正是接口得以存在的意義。面向對象思想和核心之一叫做多态性，什麼叫多态性？說白了就是在某個粒度視圖層面上對同類事物不加差別的對待而統一處理。而之是以敢這樣做，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作了IDescendable接口，那隻要是生物，一定有Descend（）這個方法，于是他就可以統一研究，而不至于分别研究每一種生物而最終累死。

可能這裡還不能給你一個關于接口本質和作用的直覺印象。那麼在後文的例子和對幾個設計模式的解析中，你将會更直覺體驗到接口的内涵。

3.面向接口程式設計綜述

通過上文，我想大家對接口和接口的思想内涵有了一個了解，那麼什麼是面向接口程式設計呢？我個人的定義是：在系統分析和架構中，厘清層次和依賴關系，每個層次不是直接向其上層提供服務（即不是直接執行個體化在上層中），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，首先對系統靈活性大有好處。當下層需要改變時，隻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将下層整個替換掉，就像我們将一個WD的60G硬碟換成一個希捷的160G的硬碟，計算機其他地方不用做任何改動，而是把原硬碟拔下來、新硬碟插上就行了，因為計算機其他部分不依賴具體硬碟，而隻依賴一個IDE接口，隻要硬碟實作了這個接口，就可以替換上去。從這裡看，程式中的接口和現實中的接口極為相似，是以我一直認為，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層次的開發人員可以并行開工，就像造硬碟的不用等造CPU的，也不用等造顯示器的，隻要接口一緻，設計合理，完全可以并行進行開發，進而提高效率。

本篇文章先到這裡。最後我想再啰嗦一句：面向對象的精髓是模拟現實，這也可以說是我這篇文章的靈魂。是以，多從現實中思考面向對象的東西，對提高系統分析設計能力大有脾益。

下篇文章，我将用一個執行個體來展示接口程式設計的基本方法。

而第三篇，我将解析經典設計模式中的一些面向接口程式設計思想，并解析一下.NET分層架構中的面向接口思想。

對本文的補充：

仔細看了各位的回複，非常高興能和大家一起讨論技術問題。感謝給出肯定的朋友，也要感謝提出意見和質疑的朋友，這促使我更深入思考一些東西，希望能借此進步。在這裡我想補充一些東西，以讨論一些回複中比較集中的問題。

1.關于“面向接口程式設計”中的“接口”與具體面向對象語言中“接口”兩個詞

看到有朋友提出“面向接口程式設計”中的“接口”二字應該比單純程式設計語言中的interface範圍更大。我經過思考，覺得很有道理。這裡我寫的确實不太合理。我想，面向對象語言中的“接口”是指具體的一種代碼結構，例如C#中用interface關鍵字定義的接口。而“面向接口程式設計”中的“接口”可以說是一種從軟體架構的角度、從一個更抽象的層面上指那種用于隐藏具體底層類和實作多态性的結構部件。從這個意義上說，如果定義一個抽象類，并且目的是為了實作多态，那麼我認為把這個抽象類也稱為“接口”是合理的。但是用抽象類實作多态合理不合理？在下面第二條讨論。

概括來說，我覺得兩個“接口”的概念既互相差別又互相聯系。“面向接口程式設計”中的接口是一種思想層面的用于實作多态性、提高軟體靈活性和可維護性的架構部件，而具體語言中的“接口”是将這種思想中的部件具體實施到代碼裡的手段。

2.關于抽象類與接口

看到回複中這是讨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讨論這個問題。我個人對這個問題的了解如下：

如果單從具體代碼來看，對這兩個概念很容易模糊，甚至覺得接口就是多餘的，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作多重繼承？當然不是。我認為，抽象類和接口的差別在于使用動機。使用抽象類是為了代碼的複用，而使用接口的動機是為了實作多态性。是以，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，那麼可以想想你的動機是什麼。

看到有朋友對IPerson這個接口的質疑，我個人的了解是，IPerson這個接口該不該定義，關鍵看具體應用中是怎麼個情況。如果我們的項目中有Women和Man，都繼承Person，而且Women和Man絕大多數方法都相同，隻有一個方法DoSomethingInWC（）不同（例子比較粗俗，各位見諒），那麼當然定義一個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，子類隻定義DoSomethingInWC（），大大減少了重複代碼量。

但是，如果我們程式中的Women和Man兩個類基本沒有共同代碼，而且有一個PersonHandle類需要執行個體化他們，并且不希望知道他們是男是女，而隻需把他們當作人看待，并實作多态，那麼定義成接口就有必要了。

總而言之，接口與抽象類的差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，要根據具體環境的上下文決定。

再者，我認為接口和抽象類的另一個差別在于，抽象類和它的子類之間應該是一般和特殊的關系，而接口僅僅是它的子類應該實作的一組規則。（當然，有時也可能存在一般與特殊的關系，但我們使用接口的目的不在這裡）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，它隻是說，實作這個接口的類必須要可以進行比較，這是一條規則。如果Car這個類實作了Icomparable，隻是說，我們的Car中有一個方法可以對兩個Car的執行個體進行比較，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。

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