Интерфейс или протокол?

Ну вот, наконец мы и подобрались к тому, с чего обычно начинаются популярные и сумбурные учебники наподобие "ОLE за 21 день". Всё вышеизложенное можно считать своего рода прелюдией к этому важному понятию. Компонентное программирование немыслимо без концепции интерфейса, оно основано на ней и пронизано ее идеями сверху донизу.

Итак, что такое интерфейс? Если вдуматься в звучание этого слова, то это что-то inter face, т.е. находящееся между взаимодействующими субъектами. И это действительно так. Интерфейс есть спецификация способа взаимодействия двух сущностей понятным для них обеих образом. [И всегда - двух и только двух! Пару могут составлять всё время разные объекты в разном сочетании, но спецификация распространяется только на inter face...]

Концепция интерфейса (а это именно концепция) является абстракцией не меньшего, а может даже - и большего, уровня, чем абстракция объекта. Она требуется, когда мы от взаимодействия объектов переходим к конструкции какого-то одного из них. В таком случае интерфейс выступает, как существенные исключительно для взаимодействия стороны второго, не рассматриваемого в данный момент, объекта. Например, во взаимодействии телефонного аппарата и телефонной станции интерфейсом, очевидно, является вид и последовательность сигналов, которыми обмениваются аппарат и станция. Станцию не интересует цвет, вес, форма и прочие свойства аппарата. Станция считает телефонным аппаратом любой объект, который в состоянии "по проводам" передавать сигналы установленной спецификации. Аналогичная картина наблюдается и со стороны телефонного аппарата - для него станция тоже приводится только к сигналам, которые он получает из линии, а где она расположена, какое у нее здание и что у нее есть еще - аппарат не знает, да ему это и не нужно.

Другой пример интерфейса показывает обычная пара - штепсельная вилка и штепсельная розетка. Вместе они составляют "разъёмное соединение", но на стороне каждого из взаимодействующих объектов имеется своя спецификация - штыри или гнезда определенного размера и на определенном расстоянии. Розетка вполне может считать вилкой любой предмет, который имеет штыри определенного диаметра, расположенные на определённом расстоянии, а вилка может считать розеткой любые гнезда, способные вместить её штыри.

Из этих примеров должно быть понятно, что интерфейс является вполне точной категорией, но не имеет никакого особенного вещного выражения. Весь интерфейс выражается только в спецификации, как должны взаимодействовать объекты и что они должны иметь и делать для этого взаимодействия.

Концепция интерфейса замечательна тем, что она позволяет разделить способность объекта к взаимодействию и другие свойства данного объекта. Если вернуться к примеру телефонного аппарата, то его весьма специфическое восприятие телефонной станцией приводит к тому, что и факсимильная машина и модем и вообще всё, что угодно, способное произвести в линию заданную последовательность сигналов требуемого уровня и вида будут способны воспользоваться услугами телефонной станции. А это даёт определенную свободу в конструировании этих устройств без переделки конструкции телефонной станции. Либо, напротив - свободу в переделке конструкции телефонной станции без потери ею способности обслуживать телефонные соединения.

Интерфейсами пропитана вся наша окружающая жизнь. Мы используем это понятие как совершенно естественное, часто не отдавая себе сознательного отчета в том, что оно называется "интерфейс". Скажем, многие ли вспомнят, что обычный телефонный аппарат имеет и второй интерфейс? Интерфейс между человеком и аппаратом! Этот интерфейс выражается в приемопередающей звукопреобразующей аппаратуре (микрофон и телефон), устройстве, генерирующем вызывные сигналы (номеронабиратель), а ещё - в последовательности действий, которые нужно произвести, чтобы установить соединение с удалённым корреспондентом. Если не будет хотя бы чего-то одного, если последовательность действий будет нарушена - соединение не состоится. А это - это и есть самый настоящий интерфейс, поскольку "что у аппарата внутри" в данном случае никак не влияет на возможность установления связи.

С другой стороны, интерфейс - действительно философское понятие. То что, является самостоятельным объектом на одном уровне рассмотрения, на другом уровне вполне может оказаться только лишь другим интерфейсом, а то и его частью. Например, когда вы звоните в билетную кассу, чтобы заказать билет в театр, то "весь телефон" для вас окажется просто частью бОльшего интерфейса между вами и билетным кассиром с той стороны. И у вас будет "способ взаимодействия", в котором "вхождение в телефонную связь" будет рассматриваться только как часть общего алгоритма взаимодействия. И не состояться это взаимодействие может по совсем другим причинам, например, кассир с той стороны говорит на языке, которого вы не понимаете, хотя - в связь при помощи телефона вы оба входите совершенно правильно.

Поскольку интерфейс - категория философская, то и в программировании можно найти его примеры на каждом шагу. Хотя они и не называются так, тем не менее, ничем, кроме интерфейса они и не являются. Самый распространённый пример называется "прототип функции". Если припомнить как описывается разбиение программы на "вызывающую" и "вызываемую" функции, то там фигурируют такие понятия, как "вызов функции", "определение функции" и "описание прототипа функции". При этом дело обстоит так, что для компиляции вызова функции не требуется её определения, достаточно "описания прототипа". Прототип так же полезно показать компилятору и при определении функции - тогда компилятор будет способен заметить расхождения между "прототипом" и фактическим определением. Что же есть в данном случае одна строчка "прототип функции"? Да интерфейс же! Ведь он ничего не делает, кроме как описывает существенные для взаимодействия с этой функцией свойства - имя функции, тип возвращаемого значения, порядок следования и типы аргументов.

Следует заметить, что при описании взаимодействия в computer sciences разделяют два понятия - "интерфейс" и "протокол". Первое из них обозначает статику этого взаимодействия, т.е. что именно, в каком формате и на каком месте должен предоставлять объект. Второе обычно обозначает динамику взаимодействия - чем именно и в какой последовательности должны обмениваться взаимодействующие объекты. Это разделение существует, оно традиционно, хотя… хотя и интерфейс и протокол относятся к одному и тому же явлению. И когда их иногда смешивают в одну сущность (которую называют то "интерфейс", то "протокол") в этом нет особенной ошибки. В самом деле, чем "спецификация в пространстве" (интерфейс) отличается в своей сущности от "спецификации во времени" (протокол)?

Итак, первым китом компонентного программирования является понятие объекта, Понятие явно определенного интерфейса - второй его кит. О том, как именно это делается, мы поговорим в следующий раз.