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最好的基类事抽象的 记录

最好的基类事抽象的 记录

作者: menggod | 来源:发表于2016-10-12 17:35 被阅读49次

开宗明义:不是抽象类的基类不是好基类。为什么这么说?

基类和派生类的关系有如下几种:


基类可以是具体类、虚类和抽象类三种,对派生类没有要求。其中具体类是没有虚函数的类,其所有方法都提供了具体实现;派生类方法如果和基类方法同名,则派生类方法隐藏(overwrite)了基类方法。虚类是包含虚函数的类,所有方法都提供具体实现;派生类如果要提供不同于基类虚方法的实现,则在派生类中提供同名方法,该方法将覆盖(override)基类虚方法。抽象类是包含抽象方法(或称为纯虚方法)的类,抽象方法不提供具体实现,抽象类只用于表示概念,不能直接构造抽象类的对象,抽象类的极端化就是“接口”。

首先,从语义上理解。
派生类和基类一定要满足“is-a”关系,即派生类和基类有类属关系,或者说派生类是基类的一种具体化。基类表示某种概念,派生类表示该概念下的某类具体事物。

让一个类继承自另一个具体类明显是不合理的,即使他们表示的概念很相近,或者他们的关系很紧密,这相当于说事物A是一种事物B。比如让直升机继承自固定翼飞机,明显,直升机并不是一种固定翼飞机,虽然它们有“fly”这个方法。正确的抽象方式是,提取出飞机这个概念作为基类,然后让直升机和固定翼飞机都从基类飞机继承。
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让派生类从虚类继承也是不合理的,却是常见的错误思路,在很多OOP入门教材上用滥了的例子。即,虚基类提供默认实现,如果派生类的行为和基类不同,则在派生类中覆盖基类虚方法。
其实,由于虚基类提供了所有方法的实现,说明虚基类并不虚,是一个表示具体事物的具体类。在语义上的问题,同样可以用前述例子来说明。

其次,从程序设计角度理解。
让派生类继承自具体基类的动机在于,派生类的某些行为和具体基类相同,派生类想要重用基类的这部分代码。而在另一些行为上派生类和基类又有差别,于是在派生类实现了和基类同名的方法(为了保持接口一致,所以同名)来定义自己的行为。从虚基类获得派生类的动机同上,同时还享受了多态性的好处。
但是上述方式的问题在于:
1、没有遵循“依赖倒置”原则,应对变化的能力不足。OO设计里的一条重要原则就是:针对抽象编程,而不是针对具体对象编程,这条原则也叫做“依赖倒置”原则。基类充当了类继承树和外部世界之间的界面角色,用户通过基类接口使用这个类继承树。如果用具体基类或虚基类作为界面,当类继承树内部发生变化时,就会影响到用户代码,可能要求用户代码修改或者重新编译。
2、可能造成代码重复。假设派生类重新实现了基类的方法foo,其他方法都相同。如果派生类::foo的实现和基类::foo完全不同,正说明了派生类和基类并没有类属关系,而是在概念上和基类处于同一层次的另一事物。如果派生类::foo的实现和基类::foo相似,只是细节不同,那么它们中必然存在大量实现相同功能的代码,这违反了同一份数据或代码只出现一次的要求,正是bug的主要来源之一;解决方法是提取出抽象类,运用模板方法(template method)模式。
还是以飞机的例子来说明。
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方案一,直升机和固定翼飞机的飞行方式完全不同,所以直升机::fly需要完全重新改写固定翼飞机::fly,在概念和实现上都是urgly的。于是有方案二:


方案二,提取抽象类飞机,定义抽象方法fly,然后在其派生类固定翼飞机和直升机中分别实现fly方法。
现在变化来了,要将陆基战斗机和舰载战斗机加入这个体系结构中。我们知道,陆基和舰载飞机在在空中的飞行方式是一样的,不同的是舰载机在起飞和降落时有特殊要求。这意味着,陆基战斗机和舰载战斗机可以重用固定翼飞机::fly方法的大部分代码。

方案三,运用模板方法模式,将飞机起飞方式作为抽象方法,将固定翼飞机提取为抽象类,在陆基战斗机和舰载战斗机中分别实现起飞方法。飞机类和固定翼飞机类都成为了抽象类。
那么,如果按照从具体基类或虚基类发展类继承体系的思路,最后将会得到什么样的设计呢?很可能是下面这样的。

固定翼飞机::fly实现陆基飞行方法;舰载战斗机::fly实现copy固定翼飞机::fly的大部分代码,然后添加舰载起飞方式;直升机::fly完全重写fly方法。它还是可以工作的,不过概念不清,可扩展性差。

结论:
1、如果以具体类或者虚类作为基类,说明抽象得还不够,概念没理清,对象模型需要进一步分析,提取出抽象基类。
2、如果基类和派生类的同名方法实现完全不同,则将此同名方法作为抽象类的抽象方法;如果上述同名方法实现部分相似,则运用模板方法模式设计。

最终得到的类继承树中,所有的叶子节点都是且仅是具体类,根节点和所有中间节点都是且仅是抽象类。如下图:

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不是抽象类的基类不是好基类!

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