網站製作學習誌

這裡把自己對 Abstract Class (抽象類別) 和 Interface (介面) 的理解記一下，如果有錯請指正我 :)

Abstract Class 與 Interface 的宣告方式

Abstract Class 和 Interface 本身都無法用來建構一個 object (物件實體) ，它們必須透過其他類別以 extends (繼承) 或 implements (實作) 來完成目的。在 PHP 中，我們可以用以下的方式來宣告一個 Abstract Class ：

abstract class Test
{
    // ... code ...
} 

然後其 sub class 必須用 extends 來繼承它：

class ClassA extends Test
{
    // ... code ...
} 

而 Interface 則是用以下的方式宣告：

interface Testable
{
    // ... code ...
} 

然後 sub class 類別便可以 implements 關鍵字來實作該介面：

class ClassB implements Testable
{
    // ... code ...
} 

註：同人老大說實作 Interface 的類別不能稱為 sub class ，不過我實在也想不出什麼好名詞，歡迎大家提供意見。

另外比較特別的是， Interface 可以繼承衍生自另一個 Interface ：

interface A extends B
{
    // ... code ...
}

這裡本來用繼承一詞，經同人老大指點後，用衍生一詞會比較精準。

但是除了語法上的不同，它們本身所代表的意義是什麼呢？

Abstract Class

當整個類別繼承體系有一致的行為時，我們通常會將這些行為抽離到上一層的 super class 去。如果這些行為的程式碼不在 super class 中定義的話，那麼會使得其 sub class 必須重覆地出現相同的程式片段，導致了壞味道的發生。然而有時我們並不打算讓這些 super class 可以被建構成物件實體，那麼它們就是所謂的 Abstract Class 。

在 Abstract Class 中， method 的定義方式有兩種，以下是有實作的 method ：

public function method1()
{
    // ... code ...
}

值得注意的是，就算大括號中沒有程式碼，也算是有實作的 method ，我稱之為空實作。

另一種是抽象方法，只要在 function 前加上 abstract 關鍵字，再拿掉大括號並加上分號：

abstract public function method2();

這樣的抽象方法，就會要求 sub class 在繼承之後要實作該方法的細節。

Interface

在我們確定了物件之間的溝通方式及規格，卻未能確定其實作細節時，就是利用 Interface 的時機。 Interface 能保證 Client 在操作物件上有一致的方式，而具體的表現方式則是讓實作的類別來決定。因此這些類別都必須實作在 Interface 裡定義的 method ，否則將會出現錯誤。在 Interface 中所有方法都是 abstract 的，定義方式和 Abstract Class 的抽象方法一樣，但是不用加上 abstract 關鍵字，例如：

public function method3();

顯然地，當 Abstract Class 所擁有的方法都是 abstract method 時，它就退化成了一個 Interface 。不過還是要小心以下兩點：

1. 一個 Class 可以實作多個 Interface ，但只能繼承一個 Abstract Class ；這即是所謂的單一繼承體系，也就是子類別只能繼承一個父類別；但是一個父類別則可以被多個子類別所繼承。

2. 在 Abstract Class 中可以宣告屬性成員 (attribute) 而 Interface 是不可以的，但兩者都能有常數成員 (constant) 。

範例

假設我們有兩個裝置 (Device) ，一個是鍵盤 (Keyboard) ，一個是滑鼠 (Mouse) ；而這兩種裝置都支援 USB 和 PS/2 兩種接頭 (Adapter) 讓使用者可以自行選擇，不過一次只能選擇一種接頭。

註：這個範例舉得不是很好，只是為了說明而已。

上面文字明白指出了我們可能會有 Device 和 Adapter 兩個 Abstract Class (或 Interface ) ，不過問題是哪一個應該用 Abstract Class ？而哪一個該用 Interface 呢？

為了簡化說明，我們把原來的問題重新定義為以下的規格：

1. Device 有 inputData (輸入資料) 及 getStatus (取得狀態) 等兩個方法。

2. Adapter 有 send (傳送) 和 receive (接收) 兩個方法。

3. Device 必須透過 Adapter 來傳送或接收資料，

我們從規格的第三點可以得知，無論 Device 的類型為何，都會需要透過 Adapter 來收送資料，這就是一種抽象行為。也因此我們必須為 Device 提供一個 Adapter 類型的 $_adapter 屬性成員，從這點就可以看出 Device 應該是個 Abstract Class 。

而因為有 $_adapter 屬性，但我們又不想讓外界直接改變它，所以我們將它的 scope 設置為 private (私有屬性) ；然而要設定 private attribute 我們就要借重一個規格外的方法，這裡我將它命名為 setAdapter ；所以當我們在呼叫 setAdapter 時就必須傳入一個 Adapter 物件來指定給 $_adapter 屬性，這樣就能防止 Device 在使用 $_adapter 時的錯誤。

    public function setAdapter(Adapter $adapter)
    {
        $this->_adapter = $adapter;
    }

然後 Device 的 inputData 和 getStatus 就會委託 Adapter 物件的 send 及 receive 來收送資料：

    public function inputData($data)
    {
        echo $this->_deviceName, ' input data:';
        $this->_adapter->send($data);
    }

    public function getStatus()
    {
        echo $this->_deviceName, ' get status:';
        echo $this->_adapter->receive();
    }

註：以上程式還是有一些潛在的小問題，這裡就留給各位自行判斷囉。

對 Device 的 sub class 來說，以上的行為都是可以共用，也因此不必再實作一次了。完整的 Device 類別體系如下：

<?php

abstract class Device
{
    private $_adapter = null;

    protected $_deviceName = '';

    public function setAdapter(Adapter $adapter)
    {
        $this->_adapter = $adapter;
    }

    public function inputData($data)
    {
        echo $this->_deviceName, ' input data:';
        $this->_adapter->send($data);
    }

    public function getStatus()
    {
        echo $this->_deviceName, ' get status:';
        echo $this->_adapter->receive();
    }
}

class Device_Keyboard extends Device
{
    protected $_deviceName = 'Keyboard';
}

class Device_Mouse extends Device
{
    protected $_deviceName = 'Mouse';
}

接著再看 Adapter ，因為 USB 和 PS/2 在規格實作上是有所差異的，因此我們無法在 Adapter 中直接去定義像 Device 中 inputData 及 getStatus 這樣共用的行為方法。所以在這裡我們就能將 Adapter 視為是一個 Interface ，讓其下的 Class 去實作 send 和 receive 兩個方法的細節。所以整個 Adapter 的類別體系如下：

<?php

interface Adapter
{
    public function send($data);

    public function receive();
}

class Adapter_Ps2 implements Adapter
{
    public function send($data)
    {
        echo $data, ' by PS2.', "\n";
    }

    public function receive()
    {
        return rand(100, 200) . ' by PS2.' . "\n";
    }
}

class Adapter_Usb implements Adapter
{
    public function send($data)
    {
        echo $data, ' by USB.', "\n";
    }

    public function receive()
    {
        return rand(300, 400) . ' by USB.' . "\n";
    }
}

註：為了說明方便，所以我簡化了 USB 和 PS/2 的兩個方法的實作方式。

當然 Adapter 也不一定要是 Interface 才行，這得看整個程式架構上的設計來判斷。如果在 Adpater 在設計上會有共用的行為或屬性時，那麼 Abstract Class 就是比較好的選擇；只是在這個範例裡，我為了說明 Interface 的緣故，就大幅簡化了 Adapter 的設計。

整個設計用 UML 來表示的話，就是以下這樣子：

以下是測試的程式：

<?php

require_once 'Device.php';
require_once 'Adapter.php';

$keyboard = new Device_Keyboard();
$mouse    = new Device_Mouse();

echo "\n";
$keyboard->setAdapter(new Adapter_Ps2());
$keyboard->inputData('abc');
$keyboard->getStatus();

echo "\n";
$mouse->setAdapter(new Adapter_Ps2());
$mouse->inputData('def');
$mouse->getStatus();

echo "\n";
$keyboard->setAdapter(new Adapter_Usb());
$keyboard->inputData('abc');
$keyboard->getStatus();

echo "\n";
$mouse->setAdapter(new Adapter_Usb());
$mouse->inputData('def');
$mouse->getStatus();

/*
程式執行結果：
====================================================

Keyboard input data:abc by PS2.
Keyboard get status:130 by PS2.

Mouse input data:def by PS2.
Mouse get status:165 by PS2.

Keyboard input data:abc by USB.
Keyboard get status:360 by USB.

Mouse input data:def by USB.
Mouse get status:353 by USB.

====================================================
*/

完整範例下載

結論

很多時候我們常會搞不清楚該用 Abstract Class 還是 Interface ，其實這在設計階段是常有的事情。所以掌握以下的重點，就會比較容易看出兩者的使用時機：

1. 當類別有共同的行為或屬性時，可以考慮使用 Abstract Class 。

2. 當類別有共同的操作介面，但是實作上卻有所差異時，可以考慮使用 Interface 。

不過當我們發現整個類別體系用錯 Abstract Class 或 Interface 時也不用過於煩惱，這時「 Refactoring (重構) 」就是我們會需要的好幫手。更詳細的 Refactoring 說明可以參考以下書籍：

• Refactoring by Martin Fowler (中譯本：重構 by 侯捷、熊節)

• Refactoring To Patterns by Joshua Kerievsky