[物件導向] 何謂介面（interface）？

什麼是介面

現實生活中，介面 指的是的一個「統一的」、「標準的」規格，對於產品，或是物品進行使用上的規範等。

例如 USB 就是一個介面，無論這項電子產品（假設是隨身碟）內部怎麼設計、電路怎麼接、晶片中的資料怎麼存取最後只要把接頭做成 USB 的長方型樣子，遵照它的接腳標準，就可以插進電腦中進行使用。

對於電腦使用者來說，這個隨身碟怎麼設計的不用管，未來我想要換其他的產品使用，例如把隨身碟換成光碟機來使用那麼我只要把隨身碟從 USB 洞口裡面拔出來，插上光碟機的 USB 線就可以使用這台光碟機。

換個例子，以生活中的電源插座為例，今天我想要使用吹風機時，只要把電線插進牆上的兩孔插座，就可以使用換成吸塵器？沒問題！只要插座是兩個直線的形狀（台灣規格），就可以插進牆上使用。

你發現了嗎？不論我們用什麼電子產品，只要符合插頭形狀的，就可以互相替換使用。

這就是定義 介面 帶給我們的好處。

如下表所示

未來我們開發了新的產品，只要符合 USB 的標準，電腦就可以使用這項產品。

如果沒有介面

假設電腦中不存在 USB 的這個介面，那麼會有什麼問題呢？

電腦主機上可能會有很多的插孔，像是滑鼠插孔、光碟機插孔、鍵盤插孔、隨身碟插孔... 等等。而如果今天出現了一個新產品，但是電腦上沒有對應到他的插孔，想要使用這個新產品，你有兩個選擇：

硬生生的把電腦拆開，在已經設計好的主機板想辦法找兩個接點出來，然後在機殼上鑿個洞，把新的插孔裝上去。但是下次又有新產品出現的時候，你就要再鑿一次洞。
買一個新的，有此插孔的電腦，但是下次要用新產品的時候，你就得再買一次新電腦。

上面兩個方法，不管哪一個都是天馬行空，就算真的選了一個方法，又能重複幾次呢？（機殼又能禁得起再挖幾次洞呢？）

這時候，我們就需要一個統一的標準、統一的產品銜接方法，
這個就叫做「介面」（interface）。

介面與實作（implementation）

介面可以讓我們在設計程式的時候，將該有的實作方法定義好，也就是只描述一個抽象的方法名稱。換句話說，每個產品都有每個產品各自的特性和他們的特色，但是只要實作這些方法的裝置，都可以叫作 USB 裝置。所以，支援 USB 的電腦，無論換了什麼東西，只要插得進 USB 插座的，都可以使用。（電腦依賴在 USB 的介面（interface）上，而不是依賴在 USB 滑鼠、USB 鍵盤… 等裝置上。）

在 USB 這個介面中，可能會有這些方法

boot() 裝置開機
isConnected() 裝置是否有連線
getErrorMessage() 裝置連線不成功的錯誤訊息
getPower() 裝置取得電源
getData() 裝置取得需要使用到的資料
saveData() 裝置把資料儲存起來
shutdown() 裝置關機

當定義好 介面（interface）之後，接下來我們要做的，就是在每個我們生產的裝置上實作這些方法。反過來說，只要實作這些方法的裝置，都可以稱作 USB 介面。

抽象化（abstraction）與物件導向

由於電腦認得 USB 介面，未來只要有新的裝置插上電腦的時候，可能會先呼叫isConnected() 方法檢查是否有接上成功，直接呼叫每個裝置的 getPower() 方法取得電源，接著呼叫 boot() 方法讓它們開機等等，等到使用完畢之後，最後呼叫 shutdown() 方法讓這個裝置關機。

發現了嗎？在我所描述的上面這個過程中，有沒有提到「是什麼裝置」？有沒有提到這個裝置的 getPower()（取得電源）方法應該怎麼做？沒有。這個就是我們利用介面把程式進行抽象化（abstraction）。

抽象化指的是「只描述一個大概的流程跟邏輯，真正實現的方法交由底下各個裝置去做」。

設計程式的時候，如果這個世界上只有滑鼠會接上電腦使用，那我們只要在電腦的邏輯中寫下處理「滑鼠」的程式就好了。

但事實不是，且未來也還會有更多的裝置被創造、發明出來。如果一開始就將處理「滑鼠」的邏輯寫在電腦的類別裡，會發生什麼事呢？未來有新的裝置加入，我們就必須回去改這個程式，而且加的愈多，改的愈多。

正確的作法，應該是讓電腦依賴在 USB 這個介面（interface）上，而不是單一的裝置，接著，在控制邏輯中呼叫他們各別的方法即可。

步驟1：先定義一個 USB 的介面 `USBInterface`

interface USBInterface
{

    /** 裝置開機 */
    public function boot();
    
    /** 裝置是否有連線 */
    public function isConnected();
    
    /** 裝置連線不成功的錯誤訊息 */
    public function getErrorMessage();
    
    /** 裝置取得電源 */
    public function getPower();

    /** 裝置取得需要使用到的資料 */
    public function getData();

    /** 裝置把資料儲存起來 */
    public function saveData();
    
    /** 裝置關機 */
    public function shutdown();
}

注意到了嗎？雖然定義了一個 USB 裝置該有哪些方法，但並沒有寫任何的程式碼，也就是不包含實作（這樣才可以分離抽象的邏輯，而不是綁死在某一個裝置上）

步驟2：實作各個裝置來自介面的方法

class Mouse implements USBInterface
{
    /** 實作 USB 滑鼠的開啟方法 */
    public function boot()
    {
        if ( $this->isBoot() ) {
            return "滑鼠開啟成功";
        } else {
            $this->bootRetry();
        }
    }
    
    /** 實作其他方法 (略) */
    ...
}

class Keyboard implements USBInterface
{
    /** 實作 USB 鍵盤的開機方法 */
    public function boot()
    {
        if ( $this->bluetoothConnect() ) 
        {
            return "已連線到藍芽鍵盤";
                    
        } else {
        
            if ( $this->bootKeyboard() ) 
            {
                return "鍵盤開啟成功"    
            }

        }
    }

    /** 實作其他方法 (略) */
    ...
}

在這個步驟，只要把每個我們想新增的裝置，都宣告實作一個 USBInterface 介面，然後開始寫我們每個裝置裡面該有的實現方法。

你可以看到，雖然都是 boot() 這個方法，但是 Mouse 與 Keyboard 的實作方法不同，這個就是定義介面帶給我們的好處，如同我們在 USBInterface 這個介面中描述「身為一個 USB 裝置應該要有什麼方法」，往後這兩個裝置想要成為 USB 裝置的時候，就必須實作這些方法。

步驟3：撰寫主程式邏輯

class Computer
{

    public function __construct(USBInterface $device)
    {
        $this->device = $device;
    }

    /** 
     * 連接到裝置 
     **/
    public function connectDevice()
    {
        /** 裝置開機 */
        $this->device->boot();

        /** 如果未連線成功的話，傳回各裝置的錯誤訊息 */
        if ( !$this->device->isConnected() ) {
            return $this->device->getErrorMessage();
        }

        /** 取得電力與資料 */
        $this->device->getPower();
        $this->device->getData();

        /** 儲存資料成功，關機 */
        $result = $this->device->saveData();
        if ( true === $result ) {
            $this->device->shutdown();
        }

    }
}

我們在 Computer 這個類別依賴了 USBInterface 這個介面。當未來我們要連接到新的裝置時，建立 Computer 實體所需要的 $device 參數，必須是實作 USBInterface 這個介面的類別。

例如，電腦今天要連接滑鼠上來，我們會這樣呼叫

/** 建立一個 USB 滑鼠的實體 */
$device = new Mouse;

/** 建立一個電腦的實體 */
$computer = new Computer($device);
/** 連接到裝置 */
$computer->connectDevice();

而我們如果要改成連接其他的裝置，也只要修改 $device 這個實體，無論是什麼，符合 USBInterface 介面的，都可以傳遞進來使用不用怕出錯，因為只要是實作 USBInterface 這個介面的類別，都一定會有 boot()、getPower() … 等等這些方法。主程式的邏輯中，也只要負責呼叫，管好自己的流程就行，不需要管到哪個裝置、怎麼實作的。

結論

定義介面 interface 可以讓我們把程式邏輯跟實作分離（抽象化），主程式不用管類別怎麼實作，只要顧好自己的流程，呼叫他們定義在介面中的方法就行。
未來在修改程式方面，也只需要實作該介面，變成一個新的類別，就可以無痛擴充現有的程式，而不用回去改到主程式流程。
主程式應該要依賴 介面，而不是依賴某一個類別。如果依賴某一個類別（例如電腦只依賴滑鼠），會造成耦合度太高，抽換不易，擴充困難。反而是依賴在一個抽象的介面上，只需要實作它的方法，就可以拿進來程式使用。

Benyi Hsia

我是Benyi，這裡存放關於資訊科技的文章