[你必須知道的.NET] 第二回：對抽象編程：接口和抽象類

 本文將介紹如下內容：

• 面向對象思想：多態

• 接口

• 抽象類

 1. 引言

在我以前的一篇post《抽象類和接口的誰是誰非》中，和同事管偉的討論，獲得不少朋友的關注，由於是不成體系的論道，因此給你們瞭解形成不便，同時關於這個主題的系統性理論，我認爲也有必要作以總結，所以纔有了本篇的新鮮出爐。同時，我將把上貼中的問題順便也在此作以交代。

2. 概念引入

• 什麼是接口？

接口是包含一組虛方法的抽象類型，其中每一種方法都有其名稱、參數和返回值。接口方法不能包含任何實現，CLR容許接口能夠包含事件、屬性、索引器、靜態方法、靜態字段、靜態構造函數以及常數。可是注意：C#中不能包含任何靜態成員。一個類能夠實現多個接口，當一個類繼承某個接口時，它不只要實現該接口定義的全部方法，還要實現該接口從其餘接口中繼承的全部方法。

定義方法爲：

 

 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模式進行轉型判斷
            TestCls aCls = o as TestCls;
            if (aCls != null)
            {

            //實現抽象方法
            return _value.CompareTo(aCls._value);
            }
        }
    }

　　

• 什麼是抽象類？

抽象類提供多個派生類共享基類的公共定義，它既能夠提供抽象方法，也能夠提供非抽象方法。抽象類不能實例化，必須經過繼承由派生類實現其抽象方法，所以對抽象類不能使用new關鍵字，也不能被密封。若是派生類沒有實現全部的抽象方法，則該派生類也必須聲明爲抽象類。另外，實現抽象方法由overriding方法來實現。

定義方法爲：

/// <summary>
/// 定義抽象類
/// </summary>
abstract public class Animal
{
    //定義靜態字段
    protected int _id; 

    //定義屬性
    public abstract int Id
    {
        get;
        set;
    } 

    //定義方法
    public abstract void Eat(); 

    //定義索引器
    public string this[int i]
    {
        get;
        set;
    } 
} 

/// <summary>
/// 實現抽象類
/// </summary>
public class Dog: Animal
{
    public override int Id
    {
        get {return _id;}
        set {_id = value;}
    } 

    public override void Eat()
    {
        Console.Write("Dog Eats.")
    }
} 

　　

3. 相同點和不一樣點

3.1 相同點

• 都不能被直接實例化，均可以經過繼承實現其抽象方法。
• 都是面向抽象編程的技術基礎，實現了諸多的設計模式。

3.2 不一樣點

• 接口支持多繼承；抽象類不能實現多繼承。
• 接口只能定義抽象規則；抽象類既能夠定義規則，還可能提供已實現的成員。
• 接口是一組行爲規範；抽象類是一個不徹底的類，着重族的概念。
• 接口能夠用於支持回調；抽象類不能實現回調，由於繼承不支持。
• 接口只包含方法、屬性、索引器、事件的簽名，但不能定義字段和包含實現的方法；抽象類能夠定義字段、屬性、包含有實現的方法。 
• 接口能夠做用於值類型和引用類型；抽象類只能做用於引用類型。例如，Struct就能夠繼承接口，而不能繼承類。

 經過相同與不一樣的比較，咱們只能說接口和抽象類，各有所長，但無優略。在實際的編程實踐中，咱們要視具體狀況來酌情量才，可是如下的經驗和積累，或許能給你們一些啓示，除了個人一些積累以外，不少都來源於經典，我相信經得起考驗。因此在規則與場合中，咱們學習這些經典，最重要的是學以至用，固然我將以一家之言博你們之笑，看官請繼續。

3.3 規則與場合

1. 請記住，面向對象思想的一個最重要的原則就是：面向接口編程。
2. 藉助接口和抽象類，23個設計模式中的不少思想被巧妙的實現了，我認爲其精髓簡單說來就是：面向抽象編程。
3. 抽象類應主要用於關係密切的對象，而接口最適合爲不相關的類提供通用功能。
4. 接口着重於CAN-DO關係類型，而抽象類則偏重於IS-A式的關係；
5. 接口多定義對象的行爲；抽象類多定義對象的屬性； 
6. 接口定義可使用public、protected、internal 和private修飾符，可是幾乎全部的接口都定義爲public，緣由就沒必要多說了。
7. 「接口不變」，是應該考慮的重要因素。因此，在由接口增長擴展時，應該增長新的接口，而不能更改現有接口。
8. 儘可能將接口設計成功能單一的功能塊，以.NET Framework爲例，IDisposable、IDisposable、IComparable、IEquatable、IEnumerable等都只包含一個公共方法。
9. 接口名稱前面的大寫字母「I」是一個約定，正如字段名如下劃線開頭同樣，請堅持這些原則。
10. 在接口中，全部的方法都默認爲public。 
11. 若是預計會出現版本問題，能夠建立「抽象類」。例如，建立了狗（Dog）、雞（Chicken）和鴨（Duck），那麼應該考慮抽象出動物（Animal）來應對之後可能出現風馬牛的事情。而向接口中添加新成員則會強制要求修改全部派生類，並從新編譯，因此版本式的問題最好以抽象類來實現。
12. 從抽象類派生的非抽象類必須包括繼承的全部抽象方法和抽象訪問器的實實現。
13. 對抽象類不能使用new關鍵字，也不能被密封，緣由是抽象類不能被實例化。
14. 在抽象方法聲明中不能使用 static 或 virtual 修飾符。

以上的規則，我就厚顏無恥的暫定爲T14條吧，寫的這麼累，就當一時的獎賞吧。你們也能夠互通有無，我將及時修訂。

4. 經典示例

4.1 絕對經典

.NET Framework是學習的最好資源，有意識的研究FCL是每一個.NET程序員的必修課，關於接口和抽象類在FCL中的使用，我有如下的建議：

1. FCL對集合類使用了基於接口的設計，因此請關注System.Collections中關於接口的設計實現；
2. FCL對數據流相關類使用了基於抽象類的設計，因此請關注System.IO.Stream類的抽象類設計機制。

4.2 別樣小菜

下面的實例，由於是個人理解，所以給經典打上「相對」的記號，至於何時晉升爲「絕對」，就看我在.NET追求的路上，是否可以一如既往的如此執着，所以我將把相對重構到絕對爲止（呵呵）。 本示例沒有闡述抽象類和接口在設計模式中的應用，由於那將是另外一篇有討論價值的文本，本文着眼與概念和原則的把握，可是真正的應用來自於具體的需求規範。

設計結構如圖所示：

 

1. 定義抽象類

   

  public abstract class Animal
    {
        protected string _name;

        //聲明抽象屬性
        public abstract string Name
        {
            get;
        }

        //聲明抽象方法
        public abstract void Show();

        //實現通常方法
        public void MakeVoice()
        {
            Console.WriteLine("All animals can make voice!");
        }
    }

　　

2. 定義接口

    

   public interface IAction
    {
        //定義公共方法標籤
        void Move();
    }

　　

3. 實現抽象類和接口  

  public class Duck : Animal, IAction
    {
        public Duck(string name)
        {
            _name = name;
        }

        //重載抽象方法
        public override void Show()
        {
            Console.WriteLine(_name + " is showing for you.");
        }

        //重載抽象屬性
        public override string Name
        {
            get { return _name;}
        }

        //實現接口方法
        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. 客戶端實現

  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

正所謂真理是你們看出來的，因此將園子裏有創新性的觀點潛列於此，一是感謝你們的共享，二是完善一家之言的不足，但願可以將領域造成知識，受用於我，受用於衆。

• dunai認爲：抽象類是提取具體類的公因式，而接口是爲了將一些不相關的類「雜湊」成一個共同的羣體。至於他們在各個語言中的句法，語言細節並非我關心的重點。
• 樺山澗的收藏也很不錯。
• Artech認爲：所代碼共用和可擴展性考慮，儘可能使用Abstract Class。固然接口在其餘方面的優點，我認爲也不可忽視。
• shenfx認爲：當在差別較大的對象間尋求功能上的共性時，使用接口；當在共性較多的對象間尋求功能上的差別時，使用抽象基類。

          最後，MSDN的建議是：

• 若是預計要建立組件的多個版本，則建立抽象類。抽象類提供簡單易行的方法來控制組件版本。經過更新基類，全部繼承類都隨更改自動更新。另外一方面，接口一旦建立就不能更改。若是須要接口的新版本，必須建立一個全新的接口。
• 若是建立的功能將在大範圍的全異對象間使用，則使用接口。抽象類應主要用於關係密切的對象，而接口最適合爲不相關的類提供通用功能。
• 若是要設計小而簡練的功能塊，則使用接口。若是要設計大的功能單元，則使用抽象類。
• 若是要在組件的全部實現間提供通用的已實現功能，則使用抽象類。抽象類容許部分實現類，而接口不包含任何成員的實現。

6. 結論

接口和抽象類，是論壇上、課堂間討論最多的話題之一，之因此將這個老話題拿出來再議，是由於從個人體會來講，深入的理解這兩個面向對象的基本內容，對於盤活面向對象的抽象化編程思想相當重要。本文基本概況了接口和抽象類的概念、異同和使用規則，從學習的觀點來看，我認爲這些總結已經足以表達其核心。可是，對於面向對象和軟件設計的深刻理解，仍是創建在不斷實踐的基礎上，Scott說本身天天堅持一個小時用來寫Demo，那麼咱們是否是更應該勤於鍵盤呢。對於接口和抽象類，請多用而知其然，多想而知其奧吧。