[你必须知道的.NET] 第二回：对抽象编程：接口和抽象类
• 面向 对象思想：多态
• 接口
• 抽象 类
1. 引言
在我之前的一篇post《抽象类和 接口的谁是谁非》中，和同事管伟的讨论，得到很多朋友的关注，因为是不成体系的论道，所以给大家了解 造成不便，同时关于这个主题的系统性理论，我认为也有必要做以总结，因此才有了本篇的新鲜出炉。同时，我将把上贴中的问题顺便也在此做以交代。
2. 概念引入
- 什么是接口？
接口是包含一组虚方法的 抽象类型，其中每一种方法都有其名称、参数和返回值。接口方法不能包含任何实现，CLR允许接口可 以包含事件、属性、索引 器、静态方法、静态字段、静态构造函数以及常数。但是注意：C#中不能包 含任何静态成员。一个类可以实现多个接口，当一个类继承某个接口时，它不仅要实现 该接口定义的所有方法，还要实现该接口从其他接口中继承的所有方法。
定义方法为：
public interface System.IComparable
{
int CompareTo(object o);
}
public class TestCls: IComparable
{
public TestCls()
{
}
private int _value;
public int Value
{
get { return _value; }
set { _value = value; }
}
public int CompareTo(object o)
{
//使用as模式进行转型判断
TestCls aCls = o as TestCls;
if (aCls != null)
{
//实现抽象方法
return _value.CompareTo(aCls._value);
}
}
}
- 什么是抽象类？
抽象类提供多个派生类共 享基类的公共定义，它既可以提供抽象方法，也可以提供非抽象方法。抽象类不能实例化，必须通过继承由派生类实现其抽象方法，因此对抽象类不能使用new关键字，也不能被密封。如果派生类没有实现所有的抽象方法，则该派生类也必须声明为抽象类。另外，实现 抽象方法由 overriding方法来实现。
定义方法为：
/// <summary>
/// 定义抽象类
/// </summary>
abstract public class Animal
{
//定义静态字段
protected int _id;
//定义属性
public abstract int Id
{
get;
set;
}
//定义方法
public abstract void Eat();
//定义索引器
public string this[int i]
{
get;
set;
}
}
/// <summary>
/// 实现抽象类
/// </summary>
public class Dog: Animal
{
public override int Id
{
get {return _id;}
set {_id = value;}
}
public override void Eat()
{
Console.Write("Dog Eats.")
}
}
3. 相同点和不同点
3.1 相同点
- 都不能被直接实例化，都可以通过继承实现其抽象方法。
- 都是面向抽象编程的技术基础，实现了诸多的设计模式。
3.2 不同点
- 接口支持多继承；抽象类不能实现多继承。
- 接口只能定义抽象规则；抽象类既可以定义规则，还可能提供已实 现的成员。
- 接口是一组行为规范；抽象类是一个不完全的类，着重族的概念。
- 接口可以用于支持回调；抽象类不能实现回调，因为继承不支持。
- 接口只包含方法、属性、索引器、事件的签名，但不能定义字段和 包含实现的方法；抽象类可以定义字段、属性、包含有实现的方法。
- 接口可以作用于值类型和引用类型；抽象类只能作用于引用类型。 例如，Struct就可以继承接口，而不能继承类。
通过相 同与不同的比较，我们只能说接口和抽象类，各有所长，但无优略。在实际的编程实践中，我们要视具体情况来酌情量才，但是以下的经验和积累，或许能给大家一 些启示，除了我的一些积累之外，很多都来源于经典，我相信经得起考验。所以在规则与场合中，我们学习这些经典，最重要的是学以致用，当然我 将以一家之言博大家之笑，看官请继续。
3.3 规则与场合
- 请记住，面向对象思想的一个最重要的原则就是：面向接口编程。
- 借助接口和抽象类，23个 设计模式中的很多思想被巧妙的实现了，我认为其精髓简单说来就是：面向抽象编程。
- 抽象类应主要用于关系密切的对象，而接口最适合为不相关的类提 供通用功能。
- 接口着重于CAN-DO关 系类型，而抽象类则偏重于IS-A式的关系；
- 接口多定义对象的行为；抽象类多定义对象的属性；
- 接口定义可以使用public、protected、internal 和private修饰符，但是几乎所有的接口都定义为public， 原因就不必多说了。
- “接口不变”， 是应该考虑的重要因素。所以，在由接口增加扩展时，应该增加新的接口，而不能更改现有接口。
- 尽量将接口设计成功能单一的功能块，以.NET Framework为例，IDisposable、IDisposable、IComparable、IEquatable、IEnumerable等都只 包含一个公共方法。
- 接口名称前面的大写字母“I”是 一个约定，正如字段名以下划线开头一样，请坚持这些原则。
- 在接口中，所有的方法都默认为public。
- 如 果预计会出现版本问题，可以创建“抽象类”。例如，创建了狗（Dog）、鸡（Chicken）和鸭（Duck），那么应该考虑抽象出动物（Animal） 来应对以后可能出现风马牛的事情。而向接口中添加新成员则会强制要求修改所有派生类，并重新编译，所以版本式的问题最好以抽象类来实现。
- 从抽象类派生的非抽象类必须包括继承的所有抽象方法和抽象访问 器的实实现。
- 对抽象类不能使用new关 键字，也不能被密封，原因是抽象类不能被实例化。
- 在抽象方法声明中不能使用 static 或 virtual 修饰符。
以上的规则，我就厚颜无 耻的暂定为T14条吧，写的这么累，就当一时的奖赏吧。大家也可以互通有无，我将及时修订。
4. 经典示例
4.1 绝对经典
.NET Framework是学习的最好资源，有意识的研究FCL是每个.NET程序员的必修课，关于接口和抽象类在FCL中的 使用，我有以下的建议：
- FCL对集合类使用了基于接口的设计，所以请关注System.Collections中关于接口的设计实现；
- FCL对数据流相关类使用了基于抽象类的设计，所以请关注System.IO.Stream类的抽象类设计机制。
4.2 别样小菜
下面的实例，因为是我的 理解，因此给经典打上“相对”的记号，至于 什么时候晋升为“绝对”，就看我在.NET追求的路上，是否能够一如既往 的如此执着，因此我将把相对重构到绝对为止（呵呵）。本示例没有阐述抽象类和接口在设计模式中的应用，因为那将是另一篇有讨论价值的文本，本文着眼与概念 和原则的把握，但是真正的应用来自于具体的需求规范。
设计结构如图所示：
1. 定 义抽象类
public abstract class Animal
{
protected string _name;
//声明抽象属性
public abstract string Name
{
get;
}
//声明抽象方法
public abstract void Show();
//实现一般方法
public void MakeVoice()
{
Console.WriteLine("All animals can make voice!");
}
}
2. 定义接口
public interface IAction
{
//定义公共方法标签
void Move();
}
3. 实现抽象类和接口
public class Duck : Animal, IAction
{
public Duck(string name)
{
_name = name;
}
//重载抽象方法
public override void Show()
{
Console.WriteLine(_name + " is showing for you.");
}
//重载抽象属性
public override string Name
{
get { return _name;}
}
//实现接口方法
public void Move()
{
Console.WriteLine("Duck also can swim.");
}
}
public class Dog : Animal, IAction
{
public Dog(string name)
{
_name = name;
}
public override void Show()
{
Console.WriteLine(_name + " is showing for you.");
}
public override string Name
{
get { return _name; }
}
public void Move()
{
Console.WriteLine(_name + " also can run.");
}
}
4. 客户端实现
public class TestAnmial
{
public static void Main(string [] args)
{
Animal duck = new Duck("Duck");
duck.MakeVoice();
duck.Show();
Animal dog = new Dog("Dog");
dog.MakeVoice();
dog.Show();
IAction dogAction = new Dog("A big dog");
dogAction.Move();
}
}
5. 他山之石
正所谓真理是大家看出来 的，所以将园子里有创新性的观点潜列于此，一是感谢大家的共享，二是完善一家之言的不足，希望能够将领域形成知识，受用于我，受用于众。
- dunai认 为：抽象类是提取具体类的公因式，而接口是为了将一些不相关的类“杂凑”成一个共同的群体。至于他们在各个语言中的句法，语言细节并不是我关心的重点。
- 桦山涧的收藏也很不错。
- Artech认为：所代码共用和可扩展性考虑，尽量使用Abstract Class。 当然接口在其他方面的优势，我认为也不可忽视。
- shenfx认为：当在差异较大的对象间寻求功能上的共性时，使用接口；当在共性较多的对象间寻求功能上的差异时，使用抽象基 类。
最后，MSDN的建议是：
- 如果预计要创建组件的多个版本，则创建抽象类。抽象类提供简单 易行的方法来控制组件版本。通过更新基类，所有继承类都随更改自动更新。另一方面，接口一旦创建就不能更改。如果需要接口的新版本，必须创建一个全新的接 口。
- 如果创建的功能将在大范围的全异对象间使用，则使用接口。抽象 类应主要用于关系密切的对象，而接口最适合为不相关的类提供通用功能。
- 如果要设计小而简练的功能块，则使用接口。如果要设计大的功能 单元，则使用抽象类。
- 如果要在组件的所有实现间提供通用的已实现功能，则使用抽象 类。抽象类允许部分实现类，而接口不包含任何成员的实现。
6. 结论
接口和抽象类，是论坛 上、课堂间讨论最多的话题之一，之所以将这个老话题拿出来再议，是因为从我的体会来说，深刻的理解这两个面向对象的基本内容，对于盘活面向对象的抽象化编 程思想至关重要。本文基本概况了接口和抽象类的概念、异同和使用规则，从学习的观点来看，我认为这些总结已经足以表达 其核心。但是，对于面向对象和软件设计的深入理解，还是建立在不断实践的基础上，Scott说自己 每天坚持一个小时用来写Demo，那么我们是不是更应该 勤于键盘呢。对于接口和抽象类，请多用而知其然，多想而知其奥吧。
