掘金后端 ( ) • 2024-04-12 13:57

什么是继承和组合

在面向对象编程（OOP）中，继承和组合是两种主要的代码重用和模块结构设计方法。它们各有特点和适用场景，让我们来详细了解它们各自的含义、特点和区别。

继承

继承是一种使一个类（称为子类或派生类）能够继承另一个类（称为父类或基类）的属性和方法的机制。这是一种建立类之间关系的方式，允许在子类中重用（即继承）父类的代码，同时还可以添加或修改现有的行为。继承支持代码重用，同时也可以用来实现类型的多态。

主要特点：

“是一个”关系：继承表达了一个类别关系。例如，如果“狗”类继承自“动物”类，那么可以说每个狗是一个动物。
代码复用：子类自动拥有父类的所有属性和方法，除非它们被子类覆盖。
多态：继承支持多态，这意味着子类的对象可以被视为父类的实例，这对实现接口和多态行为非常重要。

示例（ Java ）

public class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("This animal eats food.");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("Dog eats dog food.");
    }
}

组合

组合是将一个或多个对象作为当前对象的一部分来构建程序的方法。这允许当前对象获得另一个对象的功能，而不是通过继承来获得。

主要特点：

“有一个”关系：组合表达的是包含关系。例如，如果“汽车”类包含“引擎”类的对象，那么可以说每辆汽车都有一个引擎。
灵活性和低耦合：通过将功能封装在其它对象中，类的功能可以在运行时动态改变，这提高了系统的灵活性和降低了耦合。
易于修改和维护：组合使得系统更容易扩展和维护，因为它帮助避免了继承带来的层次过深和过度耦合的问题。

示例（ Java ）

public class Engine {
    public void start() {
        System.out.println("Engine starts.");
    }
}

public class Car {
    private Engine engine;

    public Car() {
        engine = new Engine(); // Car "has an" engine.
    }

    public void startCar() {
        engine.start();
    }
}

继承 vs 组合

虽然继承和组合都是复用代码的有效方式，但通常建议尽可能使用组合而不是继承。这是因为组合提供了更高的灵活性和更低的耦合。继承可能导致代码难以理解和维护，尤其是在大型或复杂的继承层次中。

在很多现代编程实践中，推荐使用组合来达到代码复用的目的，尤其是在面向对象设计中，这样可以保持代码的灵活性和可扩展性。

设我们需要在不同的类中使用日志记录功能。我们可以创建一个专门的日志类，然后在需要日志功能的类中将其作为一个属性来引入。

使用组合

首先，我们定义一个 Logger 类，负责日志记录：

public class Logger {
    public void log(String message) {
        System.out.println("Log: " + message);
    }
}

然后，我们创建两个使用日志记录的类，一个用于数据库操作，另一个用于网络通信：

public class Database {
    private Logger logger;

    public Database() {
        this.logger = new Logger();
    }

    public void save(String data) {
        // 在保存数据之前进行日志记录
        logger.log("Saving data: " + data);
        System.out.println("Data saved: " + data);
    }
}

public class Network {
    private Logger logger;

    public Network() {
        this.logger = new Logger();
    }

    public void fetch(String url) {
        // 在获取网络数据前进行日志记录
        logger.log("Fetching from URL: " + url);
        System.out.println("Data fetched from: " + url);
    }
}

最后，我们需要一个主类来运行这些示例：

public class Main {public static void main(String[] args) {Database db = new Database();
        db.save("Example data");
Network network = new Network();
        network.fetch("http://example.com");
    }
}

在这个例子中，Logger 类被 Database 和 Network 类复用，每个类中都有一个 Logger 的实例。这样，Logger 类可以独立于其他类进行修改和维护，而其他类则可以通过组合方式复用 Logger 提供的日志记录功能。这种设计模式减少了代码重复，提高了模块的独立性，便于维护和扩展。

使用继承来实现日志记录功能也是可行的，但可能会遇到一些设计上的问题。接下来，我将通过Java代码示例进行说明，并与之前的组合方式进行对比。

使用继承

假设我们将日志记录功能放在一个基类中，然后通过继承这个基类来实现日志功能的复用。

首先，定义一个基类 Loggable，包含日志记录的方法：

public class Loggable {
    public void log(String message) {
        System.out.println("Log: " + message);
    }
}

然后，定义两个子类 Database 和 Network，它们通过继承 Loggable 来获得日志记录功能：

public class Database extends Loggable {
    public void save(String data) {
        // 在保存数据之前进行日志记录
        log("Saving data: " + data);
        System.out.println("Data saved: " + data);
    }
}

public class Network extends Loggable {
    public void fetch(String url) {
        // 在获取网络数据前进行日志记录
        log("Fetching from URL: " + url);
        System.out.println("Data fetched from: " + url);
    }
}

主类和方法调用

public class Main {public static void main(String[] args) {Database db = new Database();
        db.save("Example data");
Network network = new Network();
        network.fetch("http://example.com");
    }
}

使用继承的问题

继承层次限制：如果一个类已经继承了另一个类，那么它不能再继承 Loggable 类（Java不支持多重继承）。这限制了类的灵活性。
耦合过强：子类依赖于父类的实现细节。如果父类的实现改变，可能会影响所有继承自该类的子类。
代码的复用性降低：继承通常用于表示“是一个”关系，而不是“有一个”关系。在很多情况下，日志功能并不是对象的本质属性，而更多是一种附加功能。

与组合的对比

使用组合，每个类只包含它需要的组件（如日志记录器）。这种方法提高了代码的复用性和灵活性，同时降低了类之间的耦合。组合更符合开闭原则，即对扩展开放，对修改封闭。这意味着添加新功能或者改变现有功能更为简单，不需要修改现有的类结构。

结论

在软件设计中，推荐尽可能使用组合而非继承，以获得更高的灵活性和更低的耦合度。继承应当在表示明确的“是一个”关系时使用，而非仅仅为了复用代码。

问题

都说组合优于继承，但是如果没有继承怎么复用功能逻辑呢？
1. 对象组合：直接在一个类中包含另一个类的实例作为字段，从而可以访问那个实例的公共接口。这种方式可以让你选择性地复用所需的功能，而不必继承整个类的实现。
2. 策略模式：定义一系列算法或行为，将它们封装在独立的类中，并使它们可以互换。这样的设计使得算法可以独立于使用它们的客户端变化。
3. 委托：类A可以包含一个对类B的引用，并且类A的方法可以委托给类B的实例来处理。这样，类A可以使用类B提供的功能，而无需通过继承获得。
4. 服务组件：使用服务或组件，如数据库访问逻辑、网络服务等，这些可以被多个客户端或类复用，而无需继承。通常这些服务会通过接口提供，以确保灵活性和可替换性。
5. 接口和抽象类：虽然使用接口和抽象类仍然涉及到继承的概念，但它们是为了定义约定和提供部分实现，而非提供完整的类实现。这样可以确保在不同的实现之间保持一致的接口。
6. 使用这些方法，你可以根据具体情况选择最合适的方式来复用代码，而不必依赖于传统的继承机制。这样不仅可以减少代码之间的依赖，还可以增加代码的可维护性和可扩展性。
组合也就是把共用的逻辑抽离到一个类中，然后做为需要该功能的类的属性中，那么这样做的好处是什么?
1. 灵活性增强：通过组合，你可以在运行时动态地改变对象的行为，只需要替换掉对象内部的组件即可。
2. 降低耦合度：避免了类与类之间的紧密耦合。在继承中，子类依赖于父类的实现细节，而组合仅依赖于组件的接口。
3. 更容易理解和维护：每个类都专注于一个具体的任务，使得代码更加模块化，更易于理解和维护。
4. 可复用性增强：可以更容易地在不同的环境或框架中重用组件，因为组件不依赖于特定的类结构。