[Programming] 物件導向 (5) - 介面

什麼是介面 (interface) ？這個名詞有沒有很熟悉？還是覺得很陌生？還是覺得很熟悉常常聽到又不知道具體的意義是什麼？
我們常常在講的使用者介面 (user interface) 或人機互動 (human-machine interaction)，從維基百科上已有具體的文字定義[1]：

The user interface, in the industrial design field of human–machine interaction, is the space where interaction between humans and machines occurs. The goal of interaction between a human and a machine at the user interface is effective operation and control of the machine, and feedback from the machine which aids the operator in making operational decisions.

簡單來說，就是一個能夠有效控制機器，或是從機器裡得到回應的空間。廣義來說，作業系統、程序控制器、重機械控制器、汽車方向盤和計速器…等，都算是使用者介面。
我個人是將它想像成人和機器互動的中間那一層，而人可以從中間那一層去控制機器，機器會透過中間那層來傳達讓人知道的訊息。

那在物件導向程式設計裡，介面又代表什麼？
這裡所說的介面，並不是指「使用者點了什麼按鈕，然後程式就會執行什麼動作」的那種介面，這是被歸類在使用者介面的範圍裡，和OOP中的介面不一樣。
這裡所謂介面，指的是一種特別的抽象類別，裡面有一個（或一群）方法，讓不同物件實現這些方法的時候，能做不同的事。
這是不是聽起來很熟悉？現實出來的效果是不是有點像多型？沒錯～它是一種多型的實現方式（請參考三相之力[4]）。

定義講多了，就好像都在嘴炮理論一樣。我們來看一下實際的例子。
有一個類別圖如下。反正就是有一個系統設計者，丟了這樣的類別圖給你，要你做出一個interfaceAction的介面，然後讓Fighter和Archer這兩個類別可以實現它。

這就是介面的長相：

public interface interfaceAction {
    void Run();
    void Walk();
    void Jump();
    void Sit(); 
}

這是Java語法。其實C#、PHP等OO語言都差不多，而且這裡要注意的不是語言上的差異。
一個介面，這樣寫就算完成了。眼睛一看就會發現它沒有定義各個方法實際要做哪些事，就只是把方法名稱列出來而已，等其它類別來實現 (realize) 它。

然後如果有其它類別要使用這個介面的時候，它就會這樣去做：

public class Fighter implements interfaceAction {
    public Fighter(){
        System.out.println("Fighter Creation!");
    }

    @Override
    public void Run(){
        System.out.println("Fighter running...");
    }
    
    @Override
    public void Walk(){
        System.out.println("Fighter walking...");
    }
    
    @Override
    public void Jump(){
        System.out.println("Fighter jump once!");
    }

    @Override
    public void Sit(){
        System.out.println("Fighter sitting!");
    }
}

這段程式第一行比較要注意的是，在Java裡要完成一個介面時，中間要掛implements關鍵字，然後在後面加interface的名稱。假如程式很複雜，需要implemets兩個以上的interface，那就把interface名稱用逗點隔開就行了。
然後，這個實現interfaceAction的類別，要逐一實現interfaceAction裡的每一個動作，不然基本上編譯器不會給過。然而，每個要implements interfaceAction的類別，裡面的方法動作可以不一樣，多型就這麼實現了。
基本上使用上就是如此。如果有其它類別，比方說是Archer類別，要實現interfaceAction，就用同樣的方法來實現介面，並且在要把interfaceAction裡的方法也都寫過一次。

你可以把它想像成一個使用者介面（像是遙控器的按鈕和面板），上面每個哪裡有幾個按鈕或哪裡顯示東西都是固定好的，然後把它接到不同的機器元件上面之後，它的按鈕動作和顯示出來的東西就不一樣。OOP的介面只是把這種概念實現出來而已。


啊？你說每個動作都一樣，重寫一遍太麻煩？那就不要用interface啊！
我這樣講並不是不負責任的說法，不過這是設計上的問題，下次再說。你在這裡只要先知道：實現interface的元件，必須把所有interface裡的方法都實現出來。
也許你會在程式書上面看到「abstract和interface之間的比較」之類的章節[3]，我不打算在這裡提。因為abstract和interface之間雖然行為上有這麼一點相似，但是它們的概念卻是大大的不同。我認為，直接從這兩種東西的原始定義來看程式和用法，會容易理解許多。



ref:
[1] User interface from Wikipedia
[2] Interface (computing) from Wikipedia
[3] Java Gossip: 介面（interface）型態
[4] [Programming] 物件導向(3) - 三相之力