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介面 (資訊科技)

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「interface」的各地常用譯名
中國大陸界面、接口
臺灣介面
港澳界面、介面

介面（英語：interface）是泛指實體把自己提供給外界的一種抽象化物（可以為另一實體），用以由內部操作分離出外部溝通方法，使其能被修改內部而不影響外界其他實體與其互動的方式，就如物件導向程式設計提供的多重抽象化。

介面是兩實體交換資料的媒介，交換資料的實體可以是軟件、電腦硬件、外部裝置、人等等[1]。有些介面（例如輕觸式螢幕）是雙向的，可以傳送資訊，同時接收資訊，有些介面（例如滑鼠或喇叭）則是單向的，只能傳送或接收資訊[2]。人類與電腦等資訊機器或人類與程式之間的介面稱為用戶介面。電腦等資訊機器硬件元件間的介面叫硬件介面。電腦等資訊機器軟件元件間的介面叫軟件介面。

介面可能也提供某種意義上的在講不同語言的實體之間的翻譯，諸如人類與電腦之間。因為介面是一種間接手段，所以相比起直接溝通，會引致些額外負擔。

硬件介面

主條目：電子連接器

硬件介面為電腦等的資訊機器的硬件之間通訊時的物理連接器形狀、傳送接收訊號的方法（協定）等等的規格。主要可分為並列連結的和位元序列連結的。序列連結者相比起並列連結者，多得多使用同一電線作為訊號控制線和電源供應線。個人電腦領域，因並列連結向更高傳輸速度的發展遇到瓶項，而在向各介面的序列連結方式遷移（參看匯流排）。

軟件介面

參見：應用二進制介面和應用程式介面

軟件介面可能會指不同層次上的各種介面：作業系統和硬件之間會有介面、電腦上運行的應用程式或電腦程式需要有介面來處理字串流、過濾器（英語：Filter (software)）及管道[3]、在物件導向程式設計中，應用程式中的物件會透過方法來和外面互動，這也是一種介面[4]。而軟件間通訊時傳遞訊息（message）的規格、行程間通訊或電腦網絡也都有介面的特性。

軟件實務上

主條目：介面 (程式設計)

在程式設計時的一個基本原則是：所有的資源預設都是不允許直接存取的，只允許透過有良好定義的介面來存取[5]。軟件介面提供可以存取電腦系統中資源（例如記憶體、CPU、儲存裝置）的方式。若軟件沒有透過介面存取資源，而是直接存取相關資源，對機能以及穩定性都會造成不良的（而且可能是災難性的）後果[來源請求]

軟件模組中的介面會提供常數（英語：constant (computer science)）、資料類型、子程式的類型、例外處理規格、以及類型特徵。有時介面中也會定義公共變數[6]。

軟件模組A的介面會刻意的和模組的實現分開定義。模組的實現會包括要有關介面的模組以及介面的實際程式碼，也包括模組中的私有程式及方法。另一個軟件模組 B，假設是軟件模組A的客戶端，需通過公開提供的介面才能存取軟件模組A。這樣安排在實務的好處是：若將軟件模組A的實現方式改成其他方式，但介面不變，軟件模組B仍然可以存取軟件模組A，軟件模組A實現介面的作法不會影響B，這就是關注點分離，只關注介面的規格（也可以參照里氏替換原則）[來源請求]。

物件導向語言中的介面

在一些物件導向程式設計語言中（特別是沒有完整多重繼承的語言），會用「介面」來定義沒有資料，只有方法的抽象資料型別，以此為方法（英語：Method (computer science)）的簽名（signatures）。任一個具有程式及資料的類 (電腦科學)，只要有「介面」中所有的方法，就是「實現」此一介面[7]。而且，就算在單一繼承語言中，也可以實現多個介面，因此可以同時「符合」多種型態[8]。

介面是資料類型的定義：物件可以改變其型態（例如子程式或方法呼叫中），方式是用其所實現的介面或基底類，而不是直接列出具體的類。因此所有實現這個介面的類都可以使用[來源請求]。例如在最終實現之前，可以用虛設代碼來讓軟件開發得以進行。另外，在測試驅動開發中，可以在測試過程中用mock物件來取代實際的物件，這類的樁實現會在後續開發中，再改為真正實作的程式碼。

一般而言，介面中的方法沒有實際的程式碼，因此無法執行。若要執行，需要由非抽象的類別實現其介面，讓方法有實際的程式碼，才能執行[來源請求]。例如一種稱為Stack的介面需要支援兩種方法：push() and pop()。可以用不同的方式來實現，例如FastStack及GenericStack，第一個可能是快速的，其資料結構是固定長度的，第二個的資料結構其長度可以調整，不過速度較慢。

介面可能會包括許多方法，不過也有可能只有一種方法，甚至完全沒有方法。例如Java語言定義了介面Readable，只有一個read()方法：會因為不同的用途而有許多不同的實現，例如BufferedReader、FileReader、InputStreamReader、PipedReader及StringReader。像是Serializable等標記介面（英語：Marker interface pattern）完全沒有方法，是在通用處理時，用反射來提供運行時資訊[9]。

介面上的程式設計

介面的使用也可以形成一種稱為「介面上的程式設計」（programming to the interface）的程式設計風格。此作法背後的概念是將程式的邏輯以其物件的介面來呈現，而不是內部實現的細節。介面上的程式設計可以減少和實現相關的相依性，也提高程式的復用性[10]。

控制反轉是將上述概念推到極致後的一種設計原則。

用戶介面

用戶介面是指人類與機器、裝置、電腦程式或其他複雜工具互動的中介物的聚合。常用於電腦系統和電子裝置文脈。有時也會將機械系統、交通工具或工業裝置的用戶介面稱為人機介面（Human-Machine Interface ，縮寫為 HMI）。

參看

參考資料

  1. ^ Hookway, B. Chapter 1: The Subject of the Interface. Interface. MIT Press. 2014: 1–58 [2020-09-24]. ISBN 9780262525503. （原始內容存檔於2020-07-29）. 
  2. ^ IEEE 100 - The Authoritative Dictionary Of IEEE Standards Terms. NYC, NY, USA: IEEE Press: 574–575. 2000. ISBN 9780738126012. 
  3. ^ Buyya, R. Mastering Cloud Computing. Tata McGraw-Hill Education. 2013: 2.13 [2020-09-24]. ISBN 9781259029950. （原始內容存檔於2020-07-29）. 
  4. ^ Poo, D.; Kiong, D.; Ashok, S. Chapter 2: Object, Class, Message and Method. Object-Oriented Programming and Java. Springer-Verlag. 2008: 7–15. ISBN 9781846289637. 
  5. ^ Bill Venners. Leading-Edge Java: Design Principles from Design Patterns: Program to an interface, not an implementation - A Conversation with Erich Gamma, Part III. http://www.artima.com/index.jsp: artima developer. 2005-06-06 [2011-08-03]. （原始內容存檔於2011-08-05）. Once you depend on interfaces only, you're decoupled from the implementation. That means the implementation can vary, and that is a healthy dependency relationship. For example, for testing purposes you can replace a heavy database implementation with a lighter-weight mock implementation. Fortunately, with today's refactoring support you no longer have to come up with an interface up front. You can distill an interface from a concrete class once you have the full insights into a problem. The intended interface is just one 'extract interface' refactoring away. ... 
  6. ^ Patterson, D.A.; Hennessy, J.L. Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface 3rd. Elsevier. : 656. ISBN 9780080502571. 
  7. ^ What Is an Interface. The Java Tutorials. Oracle. [2012-05-01]. （原始內容存檔於2012-04-12）. 
  8. ^ Interfaces. The Java Tutorials. Oracle. [2012-05-01]. （原始內容存檔於2012-05-26）. 
  9. ^ Performance improvement techniques in Serialization. http://www.precisejava.com/: Precise Java. [2011-08-04]. （原始內容存檔於2011-08-24）. We will talk initially about Serializable interface. This is a marker interface and does not have any methods. 
  10. ^ Gamma; Helm; Johnson; Vlissides. Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software. Addison Wesley. 1995: 17–18. 
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