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Java中的继承与组合

Java基础 AndroidChina 1761浏览 0评论

本文主要说明Java中继承与组合的概念,以及它们之间的联系与区别。首先文章会给出一小段代码示例,用于展示到底什么是继承。然后演示如何通过“组合”来改进这种继承的设计机制。最后总结这两者的应用场景,即到底应该选择继承还是组合。

1、继承

假设我们有一个名为Insect(昆虫)的类,这个类包含两个方法:1)移动move(); 2)攻击attack()。
代码如下:

class Insect {
    private int size;
    private String color;

    public Insect(int size, String color) {
         this.size = size;
         this.color = color;
    }

    public int getSize() {
         return size;
    }

    public void setSize(int size) {
         this.size = size;
    }

    public String getColor() {
         return color;
    }

    public void setColor(String color) {
         this.color = color;
    }

    public void move() {
         System.out.println("Move");
    }

    public void attack() {
         move(); //假设昆虫在攻击前必须要先移动一次
         System.out.println("Attack");
    }
}

现在,你想要定义一个名为Bee(蜜蜂)的类。Bee(蜜蜂)是Insect(昆虫)的一种,但实现了不同于Insect(昆虫)的attack()和move方法。这时候我们可以用继承的设计机制来实现Bee类,就像下面的代码一样:

class Bee extends Insect {
     public Bee(int size, String color) {
          super(size, color);
     }

     public void move() {
          System.out.println("Fly");
     }

     public void attack() {
          move();
          super.attack();
     }
}

public class InheritanceVSComposition {
     public static void main(String[] args) {
          Insect i = new Bee(1, "red");
          i.attack();
     }
}

InheritanceVSComposition作为一个测试类,在其main方法中生成了一个Bee类的实例,并赋值给Insect类型的引用变量 i。所以调用i的attack方法时,对应的是Bee类实例的attack方法,也就是调用了Bee类的attack方法。
类的继承结构图如下,非常简单:
0b664b711cd7bc3043054566907cb666

输出:

Fly
Fly
Attack

Fly被打印了两次,也就是说move方法被调用了两次。但按理来讲,move方法只应当被调用一次,因为无论是昆虫还是蜜蜂,一次攻击前只移动一次。

问题出在子类(即Bee类)的attack方法的重载代码中,也就是super.attack()这一句。因为在父类(即Insect类)中,调用 attack方法时会先调用move方法,所以当子类(Bee)调用super.attack()时,相当于也同时调用了被重载的move方法(注意是子 类被重载的move方法,而不是父类的move方法)。

为了解决这个问题,我们可以采取以下办法:

1. 删除子类的attack方法。这么做会使得子类的attack方法的实现完全依赖于父类对于该方法的实现(因为子类继承了父类的attack方法)。如果 父类的attack方法不受控制而产生了变更。比如说,父类的attack方法中调用了另外的move方法,那么子类的attack方法也会产生相应的变 化,这是一种很糟糕的封装。
2. 也可以重写子类的attack方法,像下面这样:

public void attack() {
     move();
     System.out.println("Attack");
}

这样保证了结果的正确性,因为子类的attack方法不再依赖于父类。但是,子类attack方法的代码与父类产生了重复(重复的attack方法会使得很多事情变得复杂,不仅仅是多打印了一条输出语句)。所以第二种办法也不行,它不符合软件工程中关于重用的思想。

如此看来,继承机制是有缺点的:子类依赖于父类的实现细节,如果父类产生了变更,子类的后果将不堪设想。

2、组合

在上面的例子中,可以用组合的机制来替代继承。我们先看一下运用组合如何实现。

attack这一功能不再是一个方法,而是被抽象为一个接口。

interface Attack {
     public void move();
     public void attack();
}

通过对Attack接口的实现,就可以在实现类当中定义不同类型的attack。

因为attack功能已经被抽象为一个接口,所以Insect类不再需要有attack方法。

class AttackImpl implements Attack {
     private String move;
     private String attack;

     public AttackImpl(String move, String attack) {
          this.move = move;
          this.attack = attack;
     }

     @Override
     public void move() {
          System.out.println(move);
     }

     @Override
     public void attack() {
          move();
          System.out.println(attack);
     }
}

Bee类一种Insect类,它具有attack的功能,所以它实现了attack接口:

class Insect {
     private int size;
     private String color;

     public Insect(int size, String color) {
          this.size = size;
          this.color = color;
     }

     public int getSize() {
          return size;
     }

     public void setSize(int size) {
          this.size = size;
     }

     public String getColor() {
          return color;
     }

     public void setColor(String color) {
          this.color = color;
     }
}

测试类代码,将AttackImpl的实例作为Attack类型的参数传给Bee类的构造函数:

// 这个封装类封装了一个Attack类型的对象
class Bee extends Insect implements Attack {
     private Attack attack;

     public Bee(int size, String color, Attack attack) {
          super(size, color);
          this.attack = attack;
     }

     public void move() {
          attack.move();
     }

     public void attack() {
          attack.attack();
     }
}

类图:

f2929f71055b8b8cb24eb8c927450566

public class InheritanceVSComposition2 {
     public static void main(String[] args) {
          Bee a = new Bee(1, "black", new AttackImpl("fly", "move"));
          a.attack();

          // if you need another implementation of move()
          // there is no need to change Insect, we can quickly use new method to attack

          Bee b = new Bee(1, "black", new AttackImpl("fly", "sting"));
          b.attack();
     }
}

 

fly
move
fly
sting

3、什么时候该用继承,什么时候该用组合?

以下两条原则说明了应该如何选择继承与组合:

  • 如果存在一种IS-A的关系(比如Bee“是一个”Insect),并且一个类需要向另一个类暴露所有的方法接口,那么更应该用继承的机制。
  • 如果存在一种HAS-A的关系(比如Bee“有一个”attack功能),那么更应该运用组合。

总结来说,继承和组合都有他们的用处。只有充分理解各对象和功能之间的关系,才能充分发挥这两种机制各自的优点。

参考:

  1.   Bloch, Joshua. Effective Java. Pearson Education India, 2008.
  2.   http://stackoverflow.com/questions/49002/prefer-composition-over-inheritance
  3.   http://www.javaworld.com/article/2076814/core-java/inheritance-versus-composition–which-one-should-you-choose-.html

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