2022-09-03 22:05:03 +08:00

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15 | 面向对象之继承：继承是代码复用的合理方式吗？

你好！我是郑晔。

上一讲，我们讨论了面向对象的第一个特点：封装。这一讲，我们继续来看面向对象的第二个特点：继承。首先，你对继承的第一印象是什么呢？

说到继承，很多讲面向对象的教材一般会这么讲，给你画一棵树，父类是根节点，而子类是叶子节点，显然，一个父类可以有许多个子类。

父类是干什么用的呢？就是把一些公共代码放进去，之后在实现其他子类时，可以少写一些代码。讲程序库的时候，我们说过，设计的职责之一就是消除重复，代码复用。所以，在很多人的印象中，继承就是一种代码复用的方式。

如果我们把继承理解成一种代码复用方式，更多地是站在子类的角度向上看。在客户端代码使用的时候，面对的是子类，这种继承叫实现继承：

Child object = new Child();

其实，还有一种看待继承的角度，就是从父类的角度往下看，客户端使用的时候，面对的是父类，这种继承叫接口继承：

Parent object = new Child();

不过，接口继承更多是与多态相关，我们暂且放一放，留到下一讲再来讨论。这一讲，我们还是主要来说说实现继承。其实，实现继承并不是一种好的做法。

也就是说，把实现继承当作一种代码复用的方式，并不是一种值得鼓励的做法。一方面，继承是很宝贵的，尤其是Java这种单继承的程序设计语言。每个类只能有一个父类，一旦继承的位置被实现继承占据了，再想做接口继承就很难了。

另一方面，实现继承通常也是一种受程序设计语言局限的思维方式，有很多程序设计语言，即使不使用继承，也有自己的代码复用方式。

可能这么说你还不太理解，接下来，我就用一个例子来帮你更好地理解继承。

代码复用

假设，我要做一个产品报表服务，其中有个服务是要查询产品信息，这个查询过程是通用的，别的服务也可以用，所以，我把它放到父类里面。这就是代码复用的做法，代码用Java写出来是这样的：

class BaseService {
  // 获取相应的产品信息
  protected List<Product> getProducts(List<String> product) {
    ...
  }
}

// 生成报表服务
class ReportService extends BaseService {
  public void report() {
    List<Product> product = getProduct(...);
    // 生成报表
    ...
  }
}

如果采用Ruby的mixin机制，我们还可以这样实现，先定义一个模块（module）：

module ProductFetcher
  # 获取相应的产品信息
  def getProducts(products)
    ...
  end 
end

然后，在自己的类定义中，将它包含（include）进来：

# 生成报表服务
class ReportService
  include ProductFetcher
  
  def report
    products = getProducts(...)
    # 生成报表
    ..
  end
end

在这个例子中，ReportService并没有继承任何类，获取产品信息的代码也是可以复用的，也就是这里的ProductFetcher这个模块。这样一来，如果我需要有一个获取产品信息的地方，它不必非得是一个什么服务，无需继承任何类。

这是Ruby的做法，类似的语言特性还有Scala里的trait。

在C++中，虽然语法并没有严格地区分实现继承，但《Effective C++》这本行业的名著，给出了一个实用的建议：实现继承采用私有继承的方式实现：

class ReportService: private ProductFetcher {
  ...
}

请注意，在这个实现里，我的私有继承类名是ProductFetcher。是的，它并不需要和这个报表服务有什么直接的关系，使用私有继承，就是为了复用它的代码。

从前面的分析中，我们也不难看出，获取产品信息和生成报表其实是两件事，只是因为在生成报表的过程中，需要获取产品信息，所以，它有了一个基类。

其实，在Java里面，我们不用继承的方式也能实现，也许你已经想到了，代码可以写成这样：

class ProductFetcher {
  // 获取相应的产品信息
  public List<Product> getProducts(List<String> product) {
    ...
  }
}

// 生成报表服务
class ReportService {
  private ProductFetcher fetcher;
  
  public void report() {
    List<Product> product = fetcher.getProducts(...);
    // 生成报表
    ...
  }
}

这种实现方案叫作组合，也就是说ReportService里组合进一个ProductFetcher。在设计上，有一个通用的原则叫做：组合优于继承。也就是说，如果一个方案既能用组合实现，也能用继承实现，那就选择用组合实现。

好，到这里你已经清楚了，代码复用并不是使用继承的好场景。所以，要写继承的代码时，先问自己，这是接口继承，还是实现继承？如果是实现继承，那是不是可以写成组合？

面向组合编程

之所以可以用组合的方式实现，本质的原因是，获取产品信息和生成报表服务本来就是两件事。还记得我们在第3讲里讲过的“分离关注点”吗？如果你能看出它们是两件事，就不会把它们放到一起了。

我还讲过，分解是设计的第一步，而且分解的粒度越小越好。当你可以分解出来多个关注点，每一个关注点就应该是一个独立的模块。最终的类是由这些一个一个的小模块组合而成，这种编程的方式就是面向组合编程。它相当于换了一个视角：类是由多个小模块组合而成。

还以前面的报表服务为例，如果使用Java，按照面向组合的思路写出来，大概是下面这样的。其中，为了增加复杂度，我增加了一个报表生成器（ReportGenerator），在获取产品信息之后，还要生成报表：

class ReportService {
  private ProductFetcher fetcher;
  private ReportGenerator generator;
  
  public void report() {
    List<Product> product = fetcher.getProducts(...);
    // 生成报表
    generator.generate(product);
  }
}

请注意，我在前面的表述中，故意用了模块这个词，而不是类。因为ProductFetcher和ReportGenerator只是因为我们用的是Java，才写成了类；如果用Ruby，它们的表现形式就会是一个module；而在Scala里，就会成为一个trait。我们再用Ruby 示意一下：

class ReportService
  include ProductFetcher
  include ReportGenerator
  
  def report
    products = getProducts(...)
    # 生成报表
    generateReport(products)
  end
end

而使用C++的话，表现形式则会是私有继承：

class ReportService: private ProductFetcher, private ReportGenerator {
  ... 
}

C++本身支持宏定义，所以，我们可以自定义一些宏，将这些不同的概念区分开来：

#define MODULE(module) class module
#define INCLUDE(module) private module

上面的类定义就可以变成更有表达性的写法：

MODULE(ProductFetcher) {
  ...
}

MODULE(ReportGenerator) {
  ...
}

class ReportService: 
  INCLUDE(ProductFetcher), 
  INCLUDE(ReportGenerator) {
  ...
}

我有一个C++的高手朋友，把这种做法称之为“小类大对象”，这里面的小类就是一个一个的模块，而最终的大对象是最终组合出来的类生成的对象。

关于面向对象，有一点我们还没有说，就是面向对象面向的是“对象”，不是类。很多程序员习惯把对象理解成类的附属品，但在Alan Kay的理解中，对象本身就是一个独立的个体。所以，有些程序设计语言可以直接支持在对象上进行操作。

还是前面的例子，我想给报表服务增加一个接口，对产品信息做一下处理。用Ruby写出来会是这样：

module ProductEnhancer
  def enhance
    # 处理一下产品信息
  end
end

service = ReportService.new
# 增加了 ProductEnhancer
service.extend(ProductEnhancer)

# 可以调用 enhance 方法
service.enhance

这样的处理只会影响这里的一个对象，而同样是这个ReportService的其他实例，则完全不受影响。这样做的好处是，我们不必写那么多类，而是根据需要在程序运行时组合出不同的对象。

在这里，相信你再一次意识到了要学习多种程序设计语言的重要性。Java只有类这种组织方式，所以，很多有差异的概念只能用类这一个概念表示出来，思维就会受到限制，而不同的语言则提供了不同的表现形式，让概念更加清晰。

前面只是讲了面向组合编程在思考方式的转变，下面我们再来看设计上的差异。举个例子，我们有个字体类（Font），现在的需求是，字体能够加粗（Bold）、能够有下划线（Underline）、还要支持斜体（Italic），而且这些能力之间是任意组合的。

如果采用继承的方式，那就要有8 个类：

而采用组合的方式，我们的字体类（Font）只要有三个独立的维度，也就是是否加粗（Bold）、是否有下划线（Underline）、是否是斜体（Italic）。这还不是终局，如果再来一种其他的要求，由3种要求变成4种，采用继承的方式，类的数量就会膨胀到16个类，而组合的方式只需要再增加一个维度就好。我们把一个M*N的问题，通过设计转变成了M+N的问题，复杂度的差别一望便知。

虽然我们一直在说，Java在面向组合编程方面能力比较弱，但Java社区也在尝试不同的方式。早期的尝试有Qi4j，后来Java 8加入了default method，在一定程度上也可以支持面向组合的编程。这里我们只是讲了面向对象社区在组合方面的探索，后面讲函数式编程时，还会讲到函数式编程在这方面的探索。

总结时刻

今天，我们学习了面向对象的第二个特点：继承。继承分为两种，实现继承和接口继承。实现继承是站在子类的视角看问题，接口继承则是站在父类的视角。

很多程序员把实现继承当作了一种代码复用的方式，但实际上，实现继承并不是一个好的代码复用的方式，之所以这种方式很常见，很大程度上是受了语言的局限。

Ruby的mixin机制，Scala提供的trait以及C++提供的私有继承都是代码复用的方式。即便只使用Java，也可以通过组合而非继承的方式进行代码复用。

今天我们还讲到这些复用方式背后的编程思想：面向组合编程。它给我们提供了一个不同的视角，但支撑面向组合编程的是分离关注点。将不同的关注点分离出来，每一个关注点成为一个模块，在需要的时候组装起来。面向组合编程，在设计本身上有很多优秀的地方，可以降低程序的复杂度，更是思维上的转变。

现在你已经知道了，在继承树上从下往上看，并不是一个好的思考方式，那从上往下看呢？下一讲，我们就来讲讲继承的另外一个方向，接口继承，也就是面向对象的第三个特点：多态。

如果今天的内容你只能记住一件事，那请记住：组合优于继承。

思考题

最后，我想请你去了解一下一种叫DCI （Data，Context和 Interaction）
的编程思想，结合今天的课程，分享一下你对DCI的理解。欢迎在留言区分享你的想法。

感谢阅读，如果你觉得这一讲的内容对你有帮助的话，也欢迎把它分享给你的朋友。

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