面向对象(七)组合优于继承?

组合优于继承,多用组合少用继承。

1、为什么不推荐使用继承?

继承是面向对象的四大特性之一,用来表示类之间的 is-a 关系,可以解决代码复用的问题。

1.1 抽象类 AbstractBird

将“鸟类”这样一个抽象的事物概念,定义为一个抽象类 AbstractBird。

大部分鸟都会飞,那我们可不可以在 AbstractBird 抽象类中,定义一个 fly() 方法呢?答案是否定的。
比如鸵鸟就不会飞。鸵鸟继承具有 fly() 方法的父类,那鸵鸟就具有“飞”这样的行为。
在鸵鸟这个子类中重写(override)fly() 方法,让它抛出 UnSupportedMethodException 异常不就可以了吗?

这种设计思路虽然可以解决问题,但不够优美
这样的设计

  • 一方面,徒增了编码的工作量;
  • 违背了我们之后要讲的最小知识原则

1.2 通过 AbstractBird 类派生出两个更加细分的抽象类

通过 AbstractBird 类派生出两个更加细分的抽象类:会飞的鸟类 AbstractFlyableBird 和不会飞的鸟类 AbstractUnFlyableBird,让麻雀、乌鸦这些会飞的鸟都继承 AbstractFlyableBird,让鸵鸟、企鹅这些不会飞的鸟,都继承 AbstractUnFlyableBird 类,

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继承关系变成了三层

目前的继承关系还比较简单,层次比较浅,也算是一种可以接受的设计思路。

如果关注是否会飞?是否会叫?两个行为搭配起来会产生四种情况:会飞会叫、不会飞会叫、会飞不会叫、不会飞不会叫。

那就需要再定义四个抽象类(AbstractFlyableTweetableBird、AbstractFlyableUnTweetableBird、AbstractUnFlyableTweetableBird、AbstractUnFlyableUnTweetableBird)


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如果我们还需要考虑“是否会下蛋”这样一个行为,那估计就要组合爆炸了。类的继承层次会越来越深、继承关系会越来越复杂。

  • 这种层次很深、很复杂的继承关系,一方面,会导致代码的可读性变差。因为我们要搞清楚某个类具有哪些方法、属性,必须阅读父类的代码、父类的父类的代码……一直追溯到最顶层父类的代码。

  • 另一方面,这也破坏了类的封装特性,将父类的实现细节暴露给了子类。子类的实现依赖父类的实现,两者高度耦合,一旦父类代码修改,就会影响所有子类的逻辑。

  • 继承最大的问题就在于:继承层次过深、继承关系过于复杂会影响到代码的可读性和可维护性。

2、 组合相比继承有哪些优势?

实际上,我们可以利用组合(composition)、接口、委托(delegation)三个技术手段,一块儿来解决刚刚继承存在的问题。

  • 针对“会飞”这样一个行为特性,我们可以定义一个 Flyable 接口,只让会飞的鸟去实现这个接口
  • 对于会叫、会下蛋这些行为特性,我们可以类似地定义 Tweetable 接口、EggLayable 接口。

public interface Flyable {
  void fly();
}
public interface Tweetable {
  void tweet();
}
public interface EggLayable {
  void layEgg();
}
public class Ostrich implements Tweetable, EggLayable {//鸵鸟
  //... 省略其他属性和方法...
  @Override
  public void tweet() { //... }
  @Override
  public void layEgg() { //... }
}
public class Sparrow impelents Flayable, Tweetable, EggLayable {//麻雀
  //... 省略其他属性和方法...
  @Override
  public void fly() { //... }
  @Override
  public void tweet() { //... }
  @Override
  public void layEgg() { //... }
}

接口只声明方法,不定义实现。也就是说,每个会下蛋的鸟都要实现一遍 layEgg() 方法,并且实现逻辑是一样的,这就会导致代码重复的问题。

我们可以针对三个接口再定义三个实现类,它们分别是:实现了 fly() 方法的 FlyAbility 类、实现了 tweet() 方法的 TweetAbility 类、实现了 layEgg() 方法的 EggLayAbility 类。


public interface Flyable {
  void fly();
}
public class FlyAbility implements Flyable {
  @Override
  public void fly() { //... }
}
//省略Tweetable/TweetAbility/EggLayable/EggLayAbility

public class Ostrich implements Tweetable, EggLayable {//鸵鸟
  private TweetAbility tweetAbility = new TweetAbility(); //组合
  private EggLayAbility eggLayAbility = new EggLayAbility(); //组合
  //... 省略其他属性和方法...
  @Override
  public void tweet() {
    tweetAbility.tweet(); // 委托
  }
  @Override
  public void layEgg() {
    eggLayAbility.layEgg(); // 委托
  }
}
  • 继承主要有三个作用:表示 is-a 关系,支持多态特性,代码复用。
  • 这三个作用都可以通过其他技术手段来达成。
    • is-a 关系,我们可以通过组合和接口的 has-a 关系来替代;
    • 多态特性我们可以利用接口来实现;
    • 代码复用我们可以通过组合和委托来实现。

3、如何判断该用组合还是继承?

尽管我们鼓励多用组合少用继承,但组合也并不是完美的,继承也并非一无是处。

继承改写成组合意味着要做更细粒度的类的拆分

这也就意味着,我们要定义更多的类和接口。类和接口的增多也就或多或少地增加代码的复杂程度和维护成本。所以,在实际的项目开发中,我们还是要根据具体的情况,来具体选择该用继承还是组合。

  • 如果类之间的继承结构稳定(不会轻易改变),继承层次比较浅(比如,最多有两层继承关系),继承关系不复杂,我们就可以大胆地使用继承。

  • 反之,系统越不稳定,继承层次很深,继承关系复杂,我们就尽量使用组合来替代继承。

除此之外,还有一些设计模式会固定使用继承或者组合。

比如,装饰者模式(decorator pattern)、策略模式(strategy pattern)、组合模式(composite pattern)等都使用了组合关系,而模板模式(template pattern)使用了继承关系。

只要我们控制好它们的副作用、发挥它们各自的优势,在不同的场合下,恰当地选择使用继承还是组合,这才是我们所追求的境界。

参考

10 | 理论七:为何说要多用组合少用继承?如何决定该用组合还是继承?

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