面向接口编程

前面的话

　　谈到接口的时候，通常会涉及以下几种含义。经常说一个库或者模块对外提供了某某API接口。通过主动暴露的接口来通信，可以隐藏软件系统内部的工作细节。这也是最熟悉的第一种接口含义。第二种接口是一些语言提供的关键字，比如Java的interface。interface关键字可以产生一个完全抽象的类。这个完全抽象的类用来表示一种契约，专门负责建立类与类之间的联系。第三种接口即是谈论的“面向接口编程”中的接口，接口是对象能响应的请求的集合。本文将详细介绍面向接口编程

 

Java抽象类

　　因为javascript并没有从语言层面提供对抽象类（Abstractclass）或者接口（interface）的支持，有必要从一门提供了抽象类和接口的语言开始，逐步了解“面向接口编程”在面向对象程序设计中的作用

　　有一个鸭子类Duck，还有一个让鸭子发出叫声的AnimalSound类，该类有一个makeSound方法，接收Duck类型的对象作为参数，代码如下：

public class Duck {    // 鸭子类
  public void makeSound(){ 
    System.out.println( "嘎嘎嘎" );
  }
}

public class AnimalSound {
  public void makeSound( Duck duck ){    // (1) 只接受 Duck 类型的参数
    duck.makeSound();
  }
}
public class Test {
  public static void main( String args[] ){ 
    AnimalSound animalSound = new AnimalSound(); 
    Duck duck = new Duck();
    animalSound.makeSound( duck );    // 输出：嘎嘎嘎
  }
}

　　目前已经可以顺利地让鸭子发出叫声。后来动物世界里又增加了一些鸡，现在想让鸡也叫唤起来，但发现这是一件不可能完成的事情，因为在上面这段代码的(1)处，即AnimalSound类的sound方法里，被规定只能接受Duck类型的对象作为参数：

public class Chicken {    // 鸡类
  public void makeSound(){ 
    System.out.println( "咯咯咯" );
  }
}

public class Test {
  public static void main( String args[] ){ 
    AnimalSound animalSound = new AnimalSound(); 
    Chicken chicken = new Chicken(); 
    animalSound.makeSound( chicken );
  // 报错，animalSound.makeSound 只能接受 Duck 类型的参数
  }
}

　　在享受静态语言类型检查带来的安全性的同时，也失去了一些编写代码的自由

　　静态类型语言通常设计为可以“向上转型”。当给一个类变量赋值时，这个变量的类型既可以使用这个类本身，也可以使用这个类的超类。就像看到天上有只麻雀，既可以说“一只麻雀在飞”，也可以说“一只鸟在飞”，甚至可以说成“一只动物在飞”。通过向上转型，对象的具体类型被隐藏在“超类型”身后。当对象类型之间的耦合关系被解除之后，这些对象才能在类型检查系统的监视下相互替换使用，这样才能看到对象的多态性

　　所以如果想让鸡也叫唤起来，必须先把duck对象和chicken对象都向上转型为它们的超类型Animal类，进行向上转型的工具就是抽象类或者interface。即将使用的是抽象类。先创建一个Animal抽象类：

public abstract class Animal{
  abstract void makeSound();    //抽象方法
}

　　然后让Duck类和Chicken类都继承自抽象类Animal：

public class Chicken extends Animal{ 
  public void makeSound(){
    System.out.println( "咯咯咯" );
  }
}

public class Duck extends Animal{ 
  public void makeSound(){
    System.out.println( "嘎嘎嘎" );
  }
}

　　也可以把Animal定义为一个具体类而不是抽象类，但一般不这么做。现在剩下的就是让AnimalSound类的makeSound方法接收Animal类型的参数，而不是具体的Duck类型或者Chicken类型：

public class AnimalSound{
  public void makeSound( Animal animal ){ // 接收 Animal 类型的参数，而非 Duck 类型或 Chicken 类型
    animal.makeSound();
  }
}

public class Test {
  public static void main( String args[] ){ 
    AnimalSound animalSound = new AnimalSound ();
    Animal duck = new Duck();    // 向上转型
    Animal chicken = new Chicken();    // 向上转型
    animalSound.makeSound( duck );    // 输出：嘎嘎嘎
    animalSound.makeSound( chicken );    // 输出：咯咯咯
  }
}

　　抽象类在这里主要有以下两个作用

　　1、向上转型。让Duck对象和Chicken对象的类型都隐藏在Animal类型身后，隐藏对象的具体类型之后，duck对象和chicken对象才能被交换使用，这是让对象表现出多态性的必经之路

　　2、建立一些契约。继承自抽象类的具体类都会继承抽象类里的abstract方法，并且要求覆写它们。这些契约在实际编程中非常重要，可以帮助编写可靠性更高的代码。比如在命令模式中，各个子命令类都必须实现execute方法，才能保证在调用command.execute的时候不会抛出异常。如果让子命令类OpenTvCommand继承自抽象类Command：

abstract class Command{
  public abstract void execute();
}

public class OpenTvCommand extends Command{ 
  public OpenTvCommand (){};
  public void execute(){ 
    System.out.println( "打开电视机" );
  }
}

　　自然有编译器帮助检查和保证子命令类OpenTvCommand覆写了抽象类Command中的execute抽象方法。如果没有这样做，编译器会尽可能早地抛出错误来提醒正在编写这段代码的程序员

　　总而言之，不关注对象的具体类型，而仅仅针对超类型中的“契约方法”来编写程序，可以产生可靠性高的程序，也可以极大地减少子系统实现之间的相互依赖关系，这就是面向接口编程

　　从过程上来看，“面向接口编程”其实是“面向超类型编程”。当对象的具体类型被隐藏在超类型身后时，这些对象就可以相互替换使用，关注点才能从对象的类型上转移到对象的行为上。“面向接口编程”也可以看成面向抽象编程，即针对超类型中的abstract方法编程，接口在这里被当成abstract方法中约定的契约行为。这些契约行为暴露了一个类或者对象能够做什么，但是不关心具体如何去做

 

interface

　　除了用抽象类来完成面向接口编程之外，使用interface也可以达到同样的效果。虽然很多人在实际使用中刻意区分抽象类和interface，但使用interface实际上也是继承的一种方式，叫作接口继承

　　相对于单继承的抽象类，一个类可以实现多个interface。抽象类中除了abstract方法之外，还可以有一些供子类公用的具体方法。interface使抽象的概念更进一步，它产生一个完全抽象的类，不提供任何具体实现和方法体，但允许该interface的创建者确定方法名、参数列表和返回类型，这相当于提供一些行为上的约定，但不关心该行为的具体实现过程。interface同样可以用于向上转型，这也是让对象表现出多态性的一条途径，实现了同一个接口的两个类就可以被相互替换使用

　　再回到用抽象类实现让鸭子和鸡发出叫声的故事。这个故事得以完美收场的关键是让抽象类Animal给duck和chicken进行向上转型。但此时也引入了一个限制，抽象类是基于单继承的，也就是说不可能让Duck和Chicken再继承自另一个家禽类。如果使用interface，可以仅仅针对发出叫声这个行为来编写程序，同时一个类也可以实现多个interface

　　下面用interface来改写基于抽象类的代码。先定义Animal接口，所有实现了Animal接口的动物类都将拥有Animal接口中约定的行为：

public interface Animal{ 
  abstract void makeSound();
}

public class Duck implements Animal{
  public void makeSound() {    // 重写 Animal 接口的 makeSound 抽象方法
    System.out.println( "嘎嘎嘎" );
  }
}

public class Chicken implements Animal{
  public void makeSound() {    // 重写 Animal 接口的 makeSound 抽象方法
   System.out.println( "咯咯咯" );
  }
}

public class AnimalSound {
  public void makeSound( Animal animal ){ 
    animal.makeSound();
  }
}

public class Test {
  public static void main( String args[] ){ 
    Animal duck = new Duck();
    Animal chicken = new Chicken();
    AnimalSound animalSound = new AnimalSound(); 
    animalSound.makeSound( duck );    // 输出：嘎嘎嘎 
    animalSound.makeSound( chicken );        // 输出：咯咯咯
  }
}

 

javascript

　　因为javascript是一门动态类型语言，类型本身在javascript中是一个相对模糊的概念。也就是说，不需要利用抽象类或者interface给对象进行“向上转型”。除了number、string、boolean等基本数据类型之外，其他的对象都可以被看成“天生”被“向上转型”成了Object类型：

var ary = new Array();
var date = new Date();

　　如果javascript是一门静态类型语言，上面的代码也许可以理解为：

Array ary = new Array();
Date date = new Date();

　　或者：

Object ary = new Array();
Object date = new Date();

　　很少有人在javascript开发中去关心对象的真正类型。在动态类型语言中，对象的多态性是与生俱来的，但在另外一些静态类型语言中，对象类型之间的解耦非常重要，甚至有一些设计模式的主要目的就是专门隐藏对象的真正类型

　　因为不需要进行向上转型，接口在javascript中的最大作用就退化到了检查代码的规范性。比如检查某个对象是否实现了某个方法，或者检查是否给函数传入了预期类型的参数。如果忽略了这两点，有可能会在代码中留下一些隐藏的bug。比如尝试执行obj对象的show方法，但是obj对象本身却没有实现这个方法，代码如下：

function show( obj ){
  obj.show();    // Uncaught TypeError: undefined is not a function
}

var myObject = {};    // myObject 对象没有 show 方法
show( myObject );

或者：
function show( obj ){
  obj.show();    // TypeError: number is not a function
}

var myObject = {    // myObject.show 不是 Function 类型
  show: 1
};
show( myObject );

　　此时，不得不加上一些防御性代码：

function show( obj ){
  if ( obj && typeof obj.show === 'function' ){ 
    obj.show();
  }
}

　　或者：

function show( obj ){ 
  try{
    obj.show();
  }catch( e ){
  }
}
var myObject = {};    // myObject 对象没有 show 方法
// var myObject = {    // myObject.show 不是 Function 类型
// show: 1
// };

show( myObject );

　　如果javascript有编译器帮助检查代码的规范性，那事情要比现在美好得多，不用在业务代码中到处插入一些跟业务逻辑无关的防御性代码。作为一门解释执行的动态类型语言，把希望寄托在编译器上是不可能了。如果要处理这类异常情况，只有手动编写一些接口检查的代码

【接口检查】

　　鸭子类型是动态类型语言面向对象设计中的一个重要概念。利用鸭子类型的思想，不必借助超类型的帮助，就能在动态类型语言中轻松地实现面向接口编程。比如，一个对象如果有push和pop方法，并且提供了正确的实现，它就能被当作栈来使用；一个对象如果有length属性，也可以依照下标来存取属性，这个对象就可以被当作数组来使用。如果两个对象拥有相同的方法，则有很大的可能性它们可以被相互替换使用

　　在Object.prototype.toString.call([])==='[object Array]'被发现之前，经常用鸭子类型的思想来判断一个对象是否是一个数组，代码如下：

var isArray = function( obj ){ 
  return obj &&
    typeof obj === 'object' && 
    typeof obj.length === 'number' &&
    typeof obj.splice === 'function'
};

　　当然在javascript开发中，总是进行接口检查是不明智的，也是没有必要的，毕竟现在还找不到一种好用并且通用的方式来模拟接口检查，跟业务逻辑无关的接口检查也会让很多javascript程序员觉得不值得和不习惯

 

TypeScript

　　虽然在大多数时候interface给javascript开发带来的价值并不像在静态类型语言中那么大，但如果正在编写一个复杂的应用，还是会经常怀念接口的帮助。下面以基于命令模式的示例来说明interface如何规范程序员的代码编写，这段代码本身并没有什么实用价值，在javascript中，一般用闭包和高阶函数来实现命令模式

　　假设正在编写一个用户界面程序，页面中有成百上千个子菜单。因为项目很复杂，决定让整个程序都基于命令模式来编写，即编写菜单集合界面的是某个程序员，而负责实现每个子菜单具体功能的工作交给了另外一些程序员。那些负责实现子菜单功能的程序员，在完成自己的工作之后，会把子菜单封装成一个命令对象，然后把这个命令对象交给编写菜单集合界面的程序员。已经约定好，当调用子菜单对象的execute方法时，会执行对应的子菜单命令。虽然在开发文档中详细注明了每个子菜单对象都必须有自己的execute方法，但还是有一个粗心的javascript程序员忘记给他负责的子菜单对象实现execute方法，于是当执行这个命令的时候，便会报出错误，代码如下：

<html>
<body>
    <button id="exeCommand">执行菜单命令</button>
    <script>
        var RefreshMenuBarCommand = function(){};
        RefreshMenuBarCommand.prototype.execute = function(){
            console.log( '刷新菜单界面' );
        };
        var AddSubMenuCommand = function(){};
        AddSubMenuCommand.prototype.execute = function(){
            console.log( '增加子菜单' );
        };
        var DelSubMenuCommand = function(){};
        /*****没有实现DelSubMenuCommand.prototype.execute *****/
        // DelSubMenuCommand.prototype.execute = function(){
        // };

        var refreshMenuBarCommand = new RefreshMenuBarCommand(),
        addSubMenuCommand = new AddSubMenuCommand(),
        delSubMenuCommand = new DelSubMenuCommand();
        var setCommand = function( command ){
            document.getElementById( 'exeCommand' ).onclick = function(){
                command.execute();
            }
        };
        setCommand( refreshMenuBarCommand );
        // 点击按钮后输出："刷新菜单界面"
        setCommand( addSubMenuCommand );
        // 点击按钮后输出："增加子菜单"
        setCommand( delSubMenuCommand );
        // 点击按钮后报错。Uncaught TypeError: undefined is not a function
</script>
</body>
</html>

　　为了防止粗心的程序员忘记给某个子命令对象实现execute方法，只能在高层函数里添加一些防御性的代码，这样当程序在最终被执行的时候，有可能抛出异常来提醒我们，代码如下

var setCommand = function( command ){
    document.getElementById( 'exeCommand' ).onclick = function(){
        if ( typeof command.execute !== 'function' ){
            throw new Error( "command 对象必须实现execute 方法" );
        }
        command.execute();
    }
};

　　如果确实不喜欢重复编写这些防御性代码，还可以尝试使用TypeScript来编写这个程序。TypeScript是微软开发的一种编程语言，是javascript的一个超集。跟CoffeeScript类似，TypeScript代码最终会被编译成原生的javascript代码执行。通过TypeScript，可以使用静态语言的方式来编写javascript程序。用TypeScript来实现一些设计模式，显得更加原汁原味。TypeScript目前的版本还没有提供对抽象类的支持，但是提供了interface。下面就来编写一个TypeScript版本的命令模式

　　首先定义Command接口：

interface Command{
  execute:Function;
}

　　接下来定义RefreshMenuBarCommand、AddSubMenuCommand和DelSubMenuCommand这3个类，它们分别都实现了Command接口，这可以保证它们都拥有execute方法：

    class RefreshMenuBarCommand implements Command{
        constructor (){
        }
        execute(){
            console.log( '刷新菜单界面' );

        }
    }
    class AddSubMenuCommand implements Command{
        constructor (){
        }
        execute(){
            console.log( '增加子菜单' );
        }
    }
    class DelSubMenuCommand implements Command{
        constructor (){
        }
            // 忘记重写execute 方法
    }

    var refreshMenuBarCommand = new RefreshMenuBarCommand(),
    addSubMenuCommand = new AddSubMenuCommand(),
    delSubMenuCommand = new DelSubMenuCommand();
    refreshMenuBarCommand.execute(); // 输出：刷新菜单界面
    addSubMenuCommand.execute(); // 输出：增加子菜单
    delSubMenuCommand.execute(); // 输出：Uncaught TypeError: undefined is not a function

　　忘记在DelSubMenuCommand类中重写execute方法时，TypeScript提供的编译器及时给出了错误提示

　　这段TypeScript代码翻译过来的javascript代码如下：

var RefreshMenuBarCommand = (function () { 
  function RefreshMenuBarCommand() {}
  RefreshMenuBarCommand.prototype.execute = function () { 
    console.log('刷新菜单界面');
  };
  return RefreshMenuBarCommand;
})();

var AddSubMenuCommand = (function () { 
  function AddSubMenuCommand() {}
  AddSubMenuCommand.prototype.execute = function () { 
    console.log('增加子菜单');
  };
  return AddSubMenuCommand;
})();

var DelSubMenuCommand = (function () { 
  function DelSubMenuCommand() {}
  return DelSubMenuCommand;
})();

var refreshMenuBarCommand = new RefreshMenuBarCommand(), 
    addSubMenuCommand = new AddSubMenuCommand(), 
    delSubMenuCommand = new DelSubMenuCommand();

refreshMenuBarCommand.execute(); 
addSubMenuCommand.execute(); 
delSubMenuCommand.execute();