面向接口设计和编程——（面向对象面向接口面向过程面向实现） --转载

Posted 2020-06-14

引言--面向接口所处的设计模式中的位置。

其实，我认为Java/C#比C++高级的其中一个原因是，它对面向接口编程的支持。不要误解，并不是说C++不支持面向接口编程，而是说C++的语法中没有这种天然的机制。

面向对象之于面向过程，面向接口之于面向实现。但基本上，面向接口和面向实现都基于面向对象的模式，也就是说面向接口并不能称为比面向对象的更高的一种编程模式。而是在面向对象中大的背景下的一种更加合理的软件设计模式，它增强了类与类之间，模块与模块的之间的低耦合性，是软件系统更容易维护、扩展。

不管是面向什么，都是一种软件设计模式，与具体的语言有没多大关系。

就像之前介绍C语言一样，并不是说C语言这种面向过程的语言不能做面向对象编程，而是说，C语言当初设计的并没有针对面向对象软件系统的风格而进行设计的。由于后来的面向对象软件设计风格的流行，后来者语言C++/java/C#都在语言设计上充分考虑了支持面向对象的方便性，所以这些语言称为面向对象编程语言。

根据语言之间没有能力大小的理论，C是可以进行面向对象编程的（实践上也是可行的）。

上面理论同样适合讨论—— C++之于面向接口编程。

面向接口软件设计，并不是在java或C#中出现interface这种关键字后才有的。还是那句话，它是一种软件设计模式，与具体语言无关，C++或者C都可以并且也大量使用过这种编程模式。而仅是因为这种模式的优点，java与C#才在C++的基础上，设计成更好的支持面向接口编程（里面提出的语言级别的接口的概念）。

两种interface的概念

这就需要了解语言（java/C#）级上的interface，与软件设计级别上的interface了。可以说，是现有软件设计上的interface概念，然后那些“后起”语言，就为了充分的支持这种软件设计（毕竟设计最终要用语言实现），而加入了"interface"这个关键字及其相关概念。也就是说，即使java/C#不使用它们语言自带的interface技术，也可以进行面向接口编程（你或许知道——使用抽象类）。这么讲吧，两种接口不属于同一级别的东西，并不应该拿来比较，但一定要比较，可以认为，软件设计上的接口概念比语言级别的接口概念要大。

面向接口（设计）编程是什么意思，为了什么，有什么好处

(1)说文解字

“面向”这个词，在软件设计编程中得到大量的使用。但似乎我们有不是很明白它到底代表什么意思。就像前面纠结“面向对象”这个词是什么意思的时候，我们也需要对“面向接口”这个词有较为深刻的解析。

“对象”与“数据”的区别在于“对象是信息与处理信息的方法的载体，而数据只是信息的载体”，而“面向”这个词的关键含义是，当我们在设计一个系统、实现一个系统的时候，我们基于、以什么为设计和编程的目标。面向过程设计和编程，设计师和程序员在设计和编程的时候所面对的、和所能够利用的东西往往只是一些变量。而面向对象则不同，他们面对的是一些对象，可以说是一些活生生的对象。

比如你要编程控制一个人。

面向过程编程中，给你的只是一个人的信息体（结构体），这个信息体中包含完整描述一个人的各种“静态信息”的数据，例如姓名、性别、年龄、体重、样貌等等，这种时候，如果要控制一个人，让他说一句话“你好吗”。那么你就需要，专门设计一个函数或者一个过程，来调用这个人的所具备的各种机体，然后让他说出话来（实际上是等于知道一个人如果把那句话发出来）。这是一个很让人头痛的东西，而我们希望的是程序员或这是设计人员面向的是一个活生生的人，这个人是会说话的，它并不需要我们叫他如何和说话，我们要让它说话只需要将说的内容传递给他，而他就会说出来。这个说话就是这个人的“动态信息”。

面向对象，就是提供给程序员一个完整的包括静态信息和动态信息的对象。让程序员不必花时间在该个体的某些动作的实现过程上。就像一个动物饲养员一样，不同的动物他们自己吃饭有不同的吃饭，动物饲养员只需要给予不同的动物不同的食物就可以了，前提是这个动物是有自主吃这个动作的。这就是面向对象最基本的概念——提供给设计师或程序员的是一个对象，一个包含那个个体的静态（数据）与动态（处理数据的方法）信息的整体。

有了上面的概念，我们可以首先确定“面向”是什么一会事，实际上就是他的字面意义，就是在设计者或程序员进行工作的时候，他们做面对的是一个什么？

（2）解释开始

面向实现，就是在面向对象编程的时候，当我们要控制某个类的对象，那么我们会直接在当前程序中（自身类）中，实例化该类，然后通过该类调用相应的方法。这是一种最基本的面向对象编程模式。

有人说，这有问题吗？这不就是我们所惯用的面向对象设计方法吗？要使用某个对象，就像实例化它然后调用它的方法，这种模式还做了比较好的低耦合性。你调用的对象，如果实现发生了变化，你基本不需要出现什么修

改。但就一个问题，就很难解决。

（3）难以解决的问题

动物饲养员喂养三种动物（鸡、鸭、鹅），只需要使用上述面向实现的方法，分别实例化那些动物，然后分别调用那些动物的“吃”这个方法。对那些动物如何次这些东西，是他们自己的是，饲养员根本不需要管，所以饲养员的程序基本稳定，这也就是面向对象的优点。（各种动物的个数不是问题，关键就是饲养员掌握了三种动物的类，实例化他们、调用他们只是一个迭代过程而已）。

但是，如果这时，动物园的新安排一种动物（狗），给这个饲养员饲养，狗这个动物的类已经做好，无需饲养员管，反正这种动物一定是用嘴吃食物就是（饲养员才可能知道怎么饲养）。但是，这个时候，需要对饲养员这个对象的类进行修改，加入实例化狗和调用狗吃食物的方法。

这就出现了问题，我们最理想的状态就是，动物园改点东西（加入那些狗），然后给饲养员就是了，这个时候因为加入一些狗，需要对饲养员从新培训（更新他的代码），这是我们不想要的。这也说明这种模式设计方法并没有做到很好的低耦合性。这也是普通的面向对象设计和编程手段做不到的。

（4）分析问题

解决上述问题的方法，需要我们从新思考面向问题。前面我们说的面向实现这个概念可以暂且不管，在上述的设计编程的思想下，饲养员，直接面向的是，它要饲养的那些动物（并且区别对待不同的动物）。而实际上，饲养员基本不需要区别对待。因为各种动物吃饭的细节（实现）根本不是你要管的。那么在这种情况下，作为普通实验员的你，为什么要区别对待不同的动物呢？

也就是说，我们所要的更好的状况是，饲养员只要知道他们是动物，有吃的动作就可以了。如果饲养员是按照那种模式培训的，那么动物园随便怎么安排新的物种，或者下掉新的物种，饲养员那边的代码就完全不动了，这就做到了低耦合了。

（5）初次解决（设计）

那么如何实现上面的目标呢？

我们知道，饲养员之前面向的是不同种类的动物，而现在我们只需要让他面向动物。什么意思？更抽象一层了。于是我们需要怎么实现，那就是继承嘛！也就是说，我们需要在设计每个动物的时候需要让他们继承“动物”这个更为上层的一个类。并且还要使用多态的技术才行。

也就是说，根据多态的观点，如果饲养员得到的是动物园给它的一批动物的指针（基类指针），指针指向的可能有多种动物（派生类指针），饲养员可以通过这个指针调用那些动物的吃的动作就可以了。这也就是要求，每个动物必须遵守从基类继承并覆盖一个虚函数，这样，饲养员，通过动物指针调用的吃函数，才会动态绑定到各个动物上去。而这个饲养员是完全不必知道的。而动物园对饲养员进行编程（管理）的时候传给饲养员的东西只是那些动物的指针而已。所以只要后来加上的动物，是通过是以动物为基类，饲养员就完全不必更新什么!

你觉得这是什么编程，或则说你觉得，这个饲养员面向的是什么？对象吗？对，依然是，但是是属于更为抽象的一个对象（动物），而因为它面向得更为抽像，导致，外界的更新基本不需要改他的改变。

（这也可以与我们学习有些类似，如果你学的是一些过于具体的东西，当新的类似的东西出现，你又要学那个东西，如果你学的是较为抽象的基本、一般原理，当新的类似的东西出现，你套用就是，这就是“一通万通”，关键是第一个通是通在一般原理，后面的通是通在各种类似具体知识）

我们为什么不叫“面向基类编程”呢？因为上面介绍的这种模式，似乎，就是面向更为抽象的基类编程嘛。对的，这种说法很正确，并且也说出了这种编程模式的基本思想。但是，当我们需要解决另外一个问题的时候，这种说法，不具备广泛的适应性。

（6）进一步的问题：

还是前面动物园为背景。现在加入检疫员这个角色（类）。这个类对象需要对动物园的动物进行检疫，不同的动物有不同的检疫方法，但是这个具体的动作内容，包含在各个动物内部，也就是说，你可以想象成，检疫的时候，拿起一只动物，检疫员是按照这个动物信息提上所携带的相关检疫信息，进行检疫。所以，这个检疫员与饲养员没有太多大区别，关键是，饲养员调用“吃”这个操作，而检疫员调用“检疫”这个动作。

按照前面的编程模式，“动物”内中应该至少包括“吃”和“检疫”两个函数，（虽然这两个函数可能都没有实际内容，但他们的功能是很多的）。于是检疫员同样做到了与饲养员那样的在系统中的低耦合性。

但是，你会发现，饲养员面向的是“动物”，检疫员面向的也是“动物”，而是不是有些问题呢？实际上，检疫员和饲养员所关注的动物的方面是不同的（虽然他们都不在乎是什么动物），饲养员只在乎动物“吃”这个方面，而检疫员只在乎动物“检疫”这个方面。

（7）进一步分析问题

有人会问，这个有问题吗？理论上讲，只要动物园严加管理，对饲养员进行严加培训，是没有多大问题的，但怕就怕在，饲养员给动物检疫，检疫员给动物东西吃。为什么会这样？为什么你把整个“动物”都暴漏个了两者，也就是说，你并没有区别对待这两种角色。还有一个不好的问题是，给检疫员编程的时候，如果动物这个类太复杂了（包含太多的方法和属性），会是编程趋于困难，如果，给检疫员的只是一个它所能关注和需要调用使用的动物的一部分，那么编程就方便了。并且也不会让检疫员调用到“吃”这个方法，这是一种“隔离”，也是一种安全措施。

也许到现在有些人有点模糊了。前面认为面向对象（具体对象）编程不好，认为面向基类（抽象）编程可以降低耦合，现在好像又需要具体了。其实两者一定不矛盾。前者将各个具体动物归为“动物”，后则将“动物”分解成不同的方面。两者一点都不矛盾。

（8）解决问题

那么如何解决这个问题呢？

（9）基类和接口（引深）

这就让我们想到了，现代编程中的两个概念。基类和接口。他们的共同特点就是让派生类继承或实现（暂时可以理解成一个意思）。从语法结构上看，基类和接口的结构非常相似，那么他们到底有什么区别呢？基类只能单继承，而接口可以进行多实现。这种规定又是为什么？

这就是我们要理解的自然界中的事物，通常只属于某一个类。也就是说鸡就是动物类，不应该属于其他类。

这种做法和不合理。要知道在这种做法的背景下，类只能继承一个类哦。

我们再看看，不同类的东西，也有相同的属性，是否我们能够更具这些属性来分类呢？

人和动物不是一个类（虽然也是），但是人和动物都有“吃”和“睡”这样的属性，那么是不是人和动物都可以归类为可以“吃”的，可以“睡”呢？对的！可以这么分的，但是，它与通常的分发是有本质不同的。表达除了一种"I‘m is..." 和"I have ..."之间的区别。为了区分两种，在软件设计行业中就出现了类与接口的不同概念，并且在“后起的”程序设计语言java和C#中，也对着两者做的显示的区分（从语法上进行定义）。

我们再来看看动物园里的那些动物。他们应该都属于一个类“动物”但是他们还有许多东西是共有的，并且这些东西不是他们特有的，人也可以有，例如“吃”，“睡”，“检疫”（虽然通常不这么说）等。更正确的设计方法，并应该让“吃”，“睡”这些东西独属于“动物”，而对于人，又从新定义类似的概念。这样并不符合自然规律和特点。而应该是，对于这些“吃”，“睡”什么的，应该独立定义，然后，动物可以继承它，人也可以继承它，但是动物和人不属同类（不要纠结啊，虽然他们也是同类）。这样你发现，自然间的各种事物，不在是我们之前的树形结构的联系，而是更具不同的方面某个东西有多方面的从属联系。这样我们描述自然的能力就更为丰富了。而java/C#与C++的区别在于，他们严格区别开了前面我们介绍的基类和接口的区别。、

抽象类和接口的比较

所以虽然通常，我们老是将“接口”和“抽象类”进行比较，但是，事实上他们不属于同一个级别的东西，可以这么说吧，我们有了类的概念，但是我们将类分成了“唯一类”和“接口”（在后进语言中才有区别），然后，当初，C++只有类的概念，但是这个类概念包含了后来在java中的类和接口的概念。抽象类（具有纯虚函数的类）存在的最初意义，是不希望你实例化这样的一个不能代表任何东西的类。实际上在C++面向接口、面向对象编程的过程中，是可以不使用到抽象类的概念的。接口由于完全从类分离出来的一种特殊类，它负责对继承它的类的方法进行规范，正是因为接口的这个特殊作用，使得，它不会语义上不需要对方法的实现，这一点，在java和C#中，被钉死了。而在C++中，没有这种规定，但建议这么做。

（10) 再回到我们的动物园——全面解决问题

我们定义的时候，首先应该定义“吃”这个类（C++语法意义上的类，其实是涉及意义上的接口，里面的吃，是定义为纯虚函数，还是普通虚函数都无所谓，但是必须是虚函数，这也是java的优势，否则不能出现多态特性，那前面讲的也白搭了）。也需要相应的定义“检疫”这个类。我们现在就改口说他是接口（在C++中，只能说他的设计意义上的接口）。

然后，定义“动物”这个类，里面包含了“动物”的特质信息，同时要继承“吃”和“检疫”两个接口。这样一个完整的动物定义（相对完整）就出现了。

我们知道，鸡、鸭、鹅、狗，是要继承“动物”这个类的。

现在给饲养员进行编程：

我们还用“动物”作为他面向的东西吗？自然不会，我们用“吃”做为他面向的东西，因为不管是C++，还是C#/java.他们都保证了接口和基类在这方面的特性，所以，使用“吃”作为面向的东西来实现我们要实现的多态性是语法可行的。

同样，给检疫员编程的时候，使用“检疫”作为面向的东西。

这样做，就既可以保证了，饲养员和检疫员和系统的低耦合性，同时也保证了他们各自职能干他们该干的事情。可以说几乎完美了。

总结

现在我们在来看看，我们用了什么设计模式。对，面向接口，实验员和检疫员编程的时候，就是面向接口。所以面向接口编程就是这么来的啦。而面向实现基本上是因为提出了面向接口之后，才出现的这个与它相对的编程方法。没有多大意义。

从我们所说的动物园的例子中看，似乎面向接口比面向对象更抽像了一级，但是，这只是在面向对象这个天才的实际模式之下的一点优化而已。所以，不能说面向接口是比面向对象更高级的设计模式。

面向接口的核心意义就是，编程的时候，不是直接面向你要控制的那个对象（普通面向对象），而是通过利用继承与多态的功能，面向一个更抽象的东西。这样降低的模块之间的耦合度，提高了代码复用。通过近一步分析提取了“接口”这个管理意义上的概念，并且在此基础上，进一步减低了模块的耦合度，提高了模块的单一性。这就是面向接口编程。（其实，想要了解它的核心，可以称它为面向基类编程）。

我们发现，“动物”这个类的吃的动作，是不应该有什么内容的，因为动物是一个抽象的东西，不想鸡、鸭什么的，他们吃的动作可以具体。所以，动物类中吃的动作必须有，否则：从管理上，你无法统一所有具体动物吃的外界接口；从编程上你也无法让编译器通过饲养员的程序，因为无法通过“动物”指针引用吃这个动作。

所以“吃”这个动作，在“动物”类中，顶多有一些通用的内容。