Interface(接口)模式

 

梗概

用一个类使用其他类的实例提供的数据和服务。由于“使用服务的类”通过一个接口来访问这些“提供服务的实例”，所以它可以与这些实例所属的类保持互不依赖。

场景

假 设你正在为一家公司编写采购管理软件。在你的程序中需要下列实体的信息：生产厂商、货运公司、收货地址、交款地点……这些实体的一个共同就是：它们都有一 条“街道地址”信息。这条信息将在用户界面的不同部分出现，所以你希望用一个类来显示、编辑街道地址。这样，每当用户界面中出现街道地址时，你可以复用这 个类。我们把这个类称为AddressPanel类。

你希望AddressPanel对象可以从一个独立的数据对象中接收、设置地址信息。但是，对于这些数据对 象，AddressPanel对象应该把它们当作什么类的实例呢？很明显你应该用不同的类来表示生产厂商、货运公司……等等的实体。如果你用C++这样支 持多重继承的语言编程，你可以让“AddressPanel使用的数据对象所属的类”在继承其他类的同时还继承一个地址类。但是如果你使用的编程语言象 JAVA这样只支持单继承，你就应该再想想其他的解决方案。

在JAVA中你可以用接口（interface）来代替C++中的多重继承。这样AddressPanel类 就只要求数据对象实现地址接口。你也可以通过这个接口访问或设置数据对象中的地址信息。通过这个接口，AddressPanel对象可以在不知道对象确切 类型的前提下调用数据对象的方法。图1的类图表示出了这种关系。

图1　通过地址接口进行间接访问

约束

• 如果一个类的实例必须使用另一个对象、而这个对象又属于一个特定的类，那么复用性会受到损害。
• 如果“使用”类只需要“被使用”类的某些方法、而不是要求“被使用”类与“使用”类有“is-a”的关系，就可以考虑让“被使用”类实现一个接口、“使用”类通过这个接口来使用需要的方法，从而限制了类之间的依赖。

解决方案

为了避免类之间因为彼此使用而造成的耦合，让它们通过接口间接使用。图2表示出这种组织结构。

图2中的角色如下：

• Client（客户）——使用实现了IndirectionIF的其他类。
• InterdirectionIF（间接接口）——提供间接性，保证Client与Service之间的独立性。
• Service（服务者）——实现IndirectionIF，为Client提供服务。

  
  图2　类之间通过接口解耦

  效果

  让调用者通过接口间接使用服务者”，这是面向对象设计的基础——多态性正是从这样的设计中产生的。

  使用Interface模式，可以保证需要服务的类不与任何提供服务的类发生耦合。

  和其他任何间接性一样，Interface模式会让程序变得更加难以理解。

  使 用Interface模式同样有可能造成对继承的滥用。但是，通过Interface模式让你可以从接口的角度考虑设计思想。这是面向对象设计的三大原则 之一：“针对接口编程，而不是针对实现编程”[GoF95，P12]。（另外两条原则是：“优先使用对象组合，而不是类继承”[GoF95，P13]和 “发现并封装变化点”[GoF95，P20]）

  实现

  实现Interface非常直接：定义提供服务的接口，让客户类通过该接口访问服务者对象，并让服务者类实现该接口。

  Interface 模式在JAVA中得到了直接的支持：interface关键字。超越语言本身，实际上在C++和JAVA中，你都可以用同样直接的方式实现 Interface模式——C++尽管不提供interface关键字，但我们也通常把纯虚类称为“接口”，并用多重继承来“实现”接口。在用C++实现 COM规范时，我们也是用纯虚类来作为接口的。

  同时，Interface模式还有不那么直接的实现方式。图2中的Client和 IndirectionIF之间的“使用”关系可能不那么直接；Client和Service都可能不是一个类而是一组类甚至一个应用程序； IndirectionIF也可能不是一个接口（或抽象类）而是一个具体类；IndirectionIF和Service之间也可能不是实现（继承）的关 系而是使用的关系……重要的是，应该随时想到“针对接口编程”的原则。

  C++应用

  正如前面所说的，C++（当然也包括其他所有的面向对象语言）是依靠Interface模式来实现多态性的。这种比较接近细节的应用，不提也罢，实在太多了！

  当我们实现COM规范时，我们就使用了Interface模式：客户程序只知道接口信息，并用CoCreateInstance函数来获取适当的服务者对象。但是，三个角色之间的关系更加复杂。（如果读者对此有兴趣，请参阅[PAN99]）

  代码示例

  我将就“场景”一节中讨论过的问题给出一个简略的示例代码。单是代码本身不能完整的表示Interface模式的精妙，但愿能起到抛砖引玉之效，让读者能理解“针对接口编程”的思想。

  首先是代替AddressPanel出现的Client类：

  #include "AddressIF.h"
  class Client  
  {
  public:
  	Client(){
  		m_pAddress = NULL;
  	};
  
  	string GetAddress(){
  		if(m_pAddress!=NULL)
  			return m_pAddress->getAddress();
  		else
  			return string();
  	};
  
  	bool SetAddress(string & strAddress){
  		if(m_pAddress!=NULL){
  			m_pAddress->setAddress(strAddress);
  			return true;
  		}
  		else
  			return false;
  	};
  
  	void SetAddressIF(AddressIF * pAddress){
  		m_pAddress = pAddress;
  	};
  		
  private:
  	AddressIF * m_pAddress;
  };
  

  然后是本模式的核心：提供间接性的“接口”。我们用一个纯虚类AddressIF来实现它：

  #include 
  
  using std::string;
  class AddressIF  
  {
  public:
  	virtual void setAddress(const string & strAddress) =0;
  	virtual string getAddress() =0;
  
  };
  

  AddressIF只是提供需要的方法，由服务者类来实现它。

  最后是服务者──DataClass类的代码。它通过继承来“实现”AddressIF“接口”。

  #include "AddressIF.h"
  // ……
  // 其他头文件。
  class DataClass : 
  	// ……继承其他类
  public AddressIF
  {
  public:
  	// ……其他方法
  	virtual string getAddress(){
  		return m_strAddress;
  	};
  	virtual void setAddress(const string & strAddress){
  		m_strAddress = strAddress;
  	};
  
  private:
  	// ……其他成员数据。
  	string m_strAddress;
  };
  

  主控程序可能是这样：

  #include 
  
  #include "DataClass.h"
  #include "Client.h"
  
  void main()
  {
  	Client client;
  	DataClass dc1, dc2;
  
  	dc1.setAddress("Beijing");
  	dc2.setAddress("Shanghai");
  
  	client.SetAddressIF(&dc1);
  	cout << client.GetAddress().c_str() << endl;
  
  	client.SetAddressIF(&dc2);
  	cout << client.GetAddress().c_str() << endl;
  }
  

  相关模式

  Delegation模式[GRAND98]——Delegation模式和Interface模式经常在一起使用。

  另外有很多模式使用了Interface模式。

  参考书目

  [GoF95] Erich Gamma etc., Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software. Addison-Wesley 1995. 中文版：《设计模式：可复用面向对象软件的基础》，李英军等译，机械工业出版社2000年9月。

  [GRAND98] Mark Grand, Patterns in Java (volume 1), Wiley computer publishing 1998.

  [PAN99] 潘爱民，《COM原理与应用》，清华大学出版社1999年11月。