Интерфейс (объектно-ориентированное программирование) | это... Что такое Интерфейс (объектно-ориентированное программирование)? (original) (raw)

Интерфе́йс (от лат. inter — «между», и face — «поверхность») — семантическая и синтаксическая конструкция в коде программы, используемая для специфицирования услуг, предоставляемых классом или компонентом. Интерфейс определяет границу взаимодействия между классами или компонентами, специфицируя определенную абстракцию, которую осуществляет реализующая сторона. В отличие от многих других видов интерфейсов, интерфейс в ООП является строго формализованным элементом объектно-ориентированного языка и в качестве семантической конструкции широко используется кодом программы.

Содержание

Описание и использование интерфейсов

Описание ООП-интерфейса, если отвлечься от деталей синтаксиса конкретных языков, состоит из двух частей: имени и методов интерфейса.

Использование интерфейсов возможно двумя способами:

Как правило, в объектно-ориентированных языках программирования интерфейсы, как и классы, могут наследоваться друг от друга. В этом случае интерфейс-потомок включает все методы интерфейса-предка и, возможно, добавляет к ним свои собственные.

Таким образом, с одной стороны, интерфейс — это контракт, который обязуется выполнить класс, реализующий его, с другой стороны, интерфейс — это тип данных, потому что его описание достаточно четко определяет свойства объектов, чтобы наравне с классом типизировать переменные. Следует, однако, подчеркнуть, что интерфейс не является полноценным типом данных, так как он задаёт только внешнее поведение объектов. Внутреннюю структуру и реализацию заданного интерфейсом поведения обеспечивает класс, реализующий интерфейс; именно поэтому «экземпляров интерфейса» в чистом виде не бывает, и любая переменная типа «интерфейс» содержит экземпляры конкретных классов.

Использование интерфейсов — один из вариантов обеспечения полиморфизма в объектных языках и средах. Все классы, реализующие один и тот же интерфейс, с точки зрения определяемого им поведения, ведут себя внешне одинаково. Это позволяет писать обобщённые алгоритмы обработки данных, использующие в качестве типов параметры интерфейсов, и применять их к объектам различных типов, всякий раз получая требуемый результат.

Например, интерфейс «Cloneable» может описать абстракцию клонирования (создания точных копий) объектов, специфицировав метод «Clone», который должен выполнять копирование содержимого объекта в другой объект того же типа. Тогда, любой класс, объекты которого может понадобиться копировать, должен реализовать интерфейс Cloneable и предоставить метод Clone, а в любом месте программы, где требуется клонирование объектов, для этой цели у объекта вызывается метод Clone. Причем, использующему этот метод коду достаточно иметь только описание интерфейса, он может ничего не знать о фактическом классе, объекты которого копируются. Таким образом, интерфейсы позволяют разбить программную систему на модули без взаимной зависимости кода.

Интерфейсы и абстрактные классы

Можно заметить, что интерфейс, с точки зрения реализации, — это просто чистый абстрактный класс, то есть класс, в котором не определено ничего, кроме абстрактных методов. Если язык программирования поддерживает множественное наследование и абстрактные методы (как, например, C++), то необходимости во введении в синтаксис языка отдельного понятия «интерфейс» не возникает. Данные сущности описываются с помощью абстрактных классов и наследуются классами для реализации абстрактных методов.

Однако поддержка множественного наследования в полном объёме достаточно сложна и вызывает множество проблем, как на уровне реализации языка, так и на уровне архитектуры приложений. Введение понятия интерфейсов является компромиссом, позволяющим получить многие преимущества множественного наследования (в частности, возможность удобно определять логически связанные наборы методов в виде сущностей, подобных классам и допускающих наследование и реализацию), не реализуя его в полном объёме и не сталкиваясь, таким образом, с большинством связанных с ним трудностей.

Множественное наследование и реализация интерфейсов

Как правило, языки программирования разрешают наследовать интерфейс от нескольких интерфейсов-предков. Все методы, объявленные в интерфейсах-предках, становятся частью объявления интерфейса-потомка. В отличие от наследования классов, множественное наследование интерфейсов гораздо проще реализуется и не вызывает существенных затруднений.

Тем не менее, одна коллизия при множественном наследовании интерфейсов и при реализации нескольких интерфейсов одним классом всё-таки возможна. Она возникает, когда в двух или более интерфейсах, наследуемых новым интерфейсом или реализуемых классом, имеются методы с одинаковыми сигнатурами. Разработчики языков программирования вынуждены выбирать для таких случаев те или иные способы разрешения противоречий. Вариантов здесь несколько: запрет на реализацию, явное указание конкретного и реализация базового интерфейса или класса.

Интерфейсы в конкретных языках и системах

Реализация интерфейсов во многом определяется исходными возможностями языка и целью, с которой интерфейсы введены в него. Очень показательны особенности использования интерфейсов в языках Java, Object Pascal системы Delphi и C++, поскольку они демонстрируют три принципиально разные ситуации: изначальная ориентация, применение для совместимости и эмуляция классами.

Delphi

В Delphi интерфейсы были введены для поддержки COM технологии фирмы Microsoft. Однако при выпуске Kylix интерфейсы как элемент языка были «отвязаны» от технологии COM. Все интерфейсы наследуются от интерфейса IInterface [1], который на платформе win32 совпадает с IUnknown, стандартным одноимённым COM-интерфейсом, подобно тому, как все классы в нём являются наследниками класса TObject. Явное использование в качестве предка IUnknown оставлено для кода, использующего технологию COM.

Пример объявления интерфейса:

IMyInterface = interface procedure DoSomething; end;

Для того, чтобы объявить о реализации интерфейсов, в описании класса необходимо указать их имена в скобках после ключевого слова class, после имени класса-предка. Так как интерфейс — это контракт, который нужно выполнить, программа не компилируется, пока в реализующем классе не будет реализована procedure DoSomething;

Вышеупомянутая ориентированность интерфейсов Delphi на технологию COM привела к некоторым неудобствам. Дело в том, что интерфейс IInterface (от которого наследуются все остальные интерфейсы) уже содержит три обязательных для COM-интерфейсов метода: QueryInterface,_AddRef, _Release, следовательно, любой класс, реализующий любой интерфейс, обязан реализовать эти методы, даже если по логике программы интерфейс и класс не имеют никакого отношения к COM. Необходимо заметить, что данные три метода также используются для контроля времени жизни объекта и реализации механизма запроса интерфейса через оператор «as».

Пример класса, реализующего интерфейс:

TMyClass = class(TMyParentClass, IMyInterface) procedure DoSomething; function QueryInterface(const IID: TGUID; out Obj): HResult; stdcall; function _AddRef: Integer; stdcall; function _Release: Integer; stdcall; end;

implementation

Программист должен правильно реализовать методы QueryInterface,_AddRef, _Release. Чтобы избавиться от необходимости писать стандартные методы, предусмотрен библиотечный класс TInterfacedObject — он реализует три вышеупомянутых метода и любой класс, наследуемый от него и его потомков, получает эту реализацию. Реализация этих методов в TInterfacedObject предполагает автоматический контроль за временем жизни объекта путем подсчета ссылок через методы _AddRef, _Release, которые вызываются автоматически при входе в область видимости и выходе из неё.

Пример класса — наследника TInterfacedObject:

TMyClass = class(TInterfacedObject, IMyInterface) procedure DoSomething; end;

При наследовании класса, реализующего интерфейс, от класса без интерфейсов, программист должен реализовать упомянутые методы вручную, определив наличие либо отсутствие контроля по подсчету ссылок, а также получение интерфейса в QueryInterface.

Пример произвольного класса без подсчета ссылок:

TMyClass = class(TObject, IInterface, IMyInterface) //IInterface function QueryInterface(const IID: TGUID; out Obj): HResult; stdcall; function _AddRef: Integer; stdcall; function _Release: Integer; stdcall; //IMyInterface procedure DoSomething; end; { TMyClass }

function TMyClass.QueryInterface(const IID: TGUID; out Obj): HResult; begin if GetInterface(IID, Obj) then Result := 0 else Result := E_NOINTERFACE; end;

function TMyClass._AddRef: Integer; begin Result := -1; end;

function TMyClass._Release: Integer; begin Result := -1; end;

procedure TMyClass.DoSomething; begin //Do something end;

C++

C++ поддерживает множественное наследование и абстрактные классы, поэтому, как уже упоминалось выше, отдельная синтаксическая конструкция для интерфейсов в этом языке не нужна. Интерфейсы определяются при помощи абстрактных классов, а реализация интерфейса производится путём наследования этих классов.

Пример определения интерфейса:

/**

#ifndef INTERFACE_OPENABLE_HPP #define INTERFACE_OPENABLE_HPP // Класс интерфейса iOpenable. Определяет возможность открытия/закрытия чего либо. class iOpenable { public: virtual ~iOpenable(){}

virtual void open()=0;
virtual void close()=0;

}; #endif

Интерфейс реализуется через наследование. Благодаря наличию множественного наследования, ничто не мешает реализовать в одном классе несколько интерфейсов, если в этом есть необходимость:

/**

#include "interface.Openable.h" #include

class Door: public iOpenable { public: Door(){std::cout << "Door object created" << std::endl;} virtual ~Door(){}

//Конкретизация методов интерфейса iOpenable для класса Door
virtual void open(){std::cout << "Door opened" << std::endl;}
virtual void close(){std::cout << "Door closed" << std::endl;}

//Специфические для класса Door свойства и методы
std::string mMaterial;
std::string mColor;
//...

};

/**

#include "interface.Openable.h" #include

class Book: public iOpenable { public: Book(){std::cout << "Book object created" << std::endl;} virtual ~Book(){}

//Конкретизация методов интерфейса iOpenable для класса Book
virtual void open(){std::cout << "Book opened" << std::endl;}
virtual void close(){std::cout << "Book closed" << std::endl;}

//Специфические для класса Book свойства и методы
std::string mTitle;
std::string mAuthor;
//...

};

Тестируем все вместе:

/**

#include "interface.Openable.h" #include "class.Door.hpp" #include "class.Book.hpp"

//Функция открытия/закрытия любых разнородных объектов в которых реализован интерфейс iOpenable void openAndCloseSomething(iOpenable& smth) { smth.open(); smth.close(); }

int main() { Door myDoor; Book myBook;

openAndCloseSomething(myDoor);
openAndCloseSomething(myBook);
system ("pause");
return 0;

}

Java

В отличие от C++, Java не позволяет наследовать больше одного класса. В качестве альтернативы множественному наследованию, существуют интерфейсы. Каждый класс в Java может реализовать любой набор интерфейсов. Порождать объекты от интерфейсов в Java нельзя.

Объявление интерфейсов

Объявление интерфейсов очень похоже на упрощенное объявление классов.

Оно начинается с заголовка. Сначала указываются модификаторы. Интерфейс может быть объявлен как public и тогда он будет доступен для общего использования, либо модификатор доступа может не указываться, в этом случае интерфейс доступен только для типов своего пакета. Модификатор abstract для интерфейса не требуется, поскольку все интерфейсы являются абстрактными классами. Его можно указать, но делать этого не рекомендуется, чтобы не загромождать код.

Далее записывается ключевое слово interface и имя интерфейса.

После этого может следовать ключевое слово extends и список интерфейсов, от которых будет наследоваться объявляемый интерфейс. Родительских типов (классов и/или интерфейсов) может быть много, главное, чтобы не было повторений, и чтобы отношение наследования не образовывало циклической зависимости.

Наследование интерфейсов действительно очень гибкое. Так, если есть два интерфейса, A и B, причем B наследуется от A, то новый интерфейс C может наследоваться от них обоих. Впрочем, понятно, что при наследовании от B, указание наследования от A является избыточным, так как все элементы этого интерфейса и так будут получены по наследству через интерфейс B.

Затем в фигурных скобках записывается тело интерфейса.

Пример объявления интерфейса:

public interface Drawable extends Colorable, Resizable { }

Тело интерфейса состоит из объявления элементов, то есть полей-констант и абстрактных методов. Все поля интерфейса автоматически являются public final static, так что эти модификаторы указывать необязательно и даже нежелательно, чтобы не загромождать код. Поскольку поля являются финальными, необходимо их сразу инициализировать.

public interface Directions { int RIGHT=1; int LEFT=2; int UP=3; int DOWN=4; }

Все методы интерфейса являются public abstract и эти модификаторы также необязательны.

public interface Moveable { void moveRight(); void moveLeft(); void moveUp(); void moveDown(); }

Как мы видим, описание интерфейса гораздо проще, чем объявление класса.

Реализация интерфейса

Для реализации интерфейса он должен быть указан при декларации класса с помощью ключевого слова implements. Пример:

interface I { void interfaceMethod(); }

public class ImplementingInterface implements I { void interfaceMethod() { System.out.println("Этот метод реализован из интерфейса I"); }

public static void main(String[] args) { ImplementingInterface temp = new ImplementingInterface(); temp.interfaceMethod(); } }

Каждый класс может реализовывать любые доступные интерфейсы. При этом в классе должны быть реализованы все абстрактные методы, появившиеся при наследовании от интерфейсов или родительского класса, чтобы новый класс мог быть объявлен неабстрактным.

Если из разных источников наследуются методы с одинаковой сигнатурой, то достаточно один раз описать реализацию и она будет применяться для всех этих методов. Однако, если у них различное возвращаемое значение, то возникает конфликт. Пример:

interface A { int getValue(); }

interface B { double getValue(); }

interface C { int getValue(); }

public class Correct implements A, C // класс правильно наследует методы с одинаковой сигнатурой { int getValue() { return 5; } }

class Wrong implements A, B // класс вызывает ошибку при компиляции { int getValue() { return 5; }

double getValue() { return 5.5; } }

C#

В C# интерфейсы могут наследовать один или несколько других интерфейсов. Членами интерфейсов могут быть методы, свойства, события и индексаторы:

interface I1 
{
    void Method1();
}
interface I2 
{
    void Method2();
}

interface I : I1, I2
{
    void Method();
    int Count { get; }
    event EventHandler SomeEvent;
    string this[int index] { get; set; }
}

При реализации интерфейса класс должен реализовать как методы самого интерфейса, так и его базовых интерфейсов:

public class C : I
{
    public void Method()
    {
    }

    public int Count
    {
        get { throw new NotImplementedException(); }
    }

    public event EventHandler SomeEvent;

    public string this[int index]
    {
        get
        {
            throw new NotImplementedException();
        }
        set
        {
            throw new NotImplementedException();
        }
    }

    public void Method1()
    {
    }

    public void Method2()
    {
    }
}

Интерфейсы в UML

Изображение интерфейса и реализующего его класса в UML.

Интерфейсы в UML используются для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования стыковочных UML-узлов между составными частями системы. Типы и UML-роли обеспечивают механизм моделирования статического и динамического соответствия абстракции интерфейсу в конкретном контексте.

В UML интерфейсы изображаются как классы со стереотипом «interface». Либо в виде кружочков, в этом случае содержащиеся в интерфейсе UML-операции не отображаются.

См. также

Примечания

Ссылки

Просмотр этого шаблона Типы данных
Неинтерпретируемые Бит • Ниббл • Байт • Трит • Трайт • Слово
Числовые Целый • С фиксированной запятой • С плавающей запятой • Рациональный • Комплексный • Длинный • Интервальный
Текстовые Символьный • Строковый
Указатель Адрес • Ссылка
Композитные Алгебраический тип данных (обобщённый) • Массив • Ассоциативный массив • Класс • Список • Кортеж • Объект • Option type • Product • Структура • Множество • Объединение (tagged)
Другие Логический • Низший тип • Коллекция • Перечисляемый тип • Исключение • First-class function • Opaque data type • Recursive data type • Семафор • Поток • Высший тип • Type class • Unit type • Void
Связанные темы Абстрактный тип данных • Структура данных • Интерфейс • Kind (type theory) • Примитивный тип • Subtyping • Шаблоны C++ • Конструктор типа • Parametric polymorphism