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第二十三条:类层次优于标签类

第二十三条:类层次优于标签类

作者: Js_Gavin | 来源:发表于2021-02-10 11:58 被阅读0次

    有时可能会遇到有两种甚至更多中风格的实例的类,并包含表示实例风格的标签域。例如,一下面这个类为例,它能够表示圆形或者矩形:

    // Tagged class - vastly inferior to a class hierarchy!
    class Figure {
      enum Shape { RECTANGLE, CIRCLE };
      // Tag field - the shape of this figure final Shape shape;
      // These fields are used only if shape is RECTANGLE double length;
      double width;
      // This field is used only if shape is CIRCLE double radius;
      // Constructor for circle 
      Figure(double radius) {
        shape = Shape.CIRCLE;
        this.radius = radius; 
      }
      // Constructor for rectangle 
      Figure(double length, double width) {
        shape = Shape.RECTANGLE; 
        this.length = length; 
        this.width = width;
      }
      double area() { 
        switch(shape) {
          case RECTANGLE: 
            return length * width;
          case CIRCLE:
            return Math.PI * (radius * radius);
          default:
            throw new AssertionError(shape);
        } 
      }
    }
    

    这种标签类(tagged class)有许多缺点。它们中充斥着样板代码,包括枚举声明、标签域以及条件语句。由于多个实现乱七八糟的挤在单个类中。破坏坏了可读性。由于实例承担着属于其他风格的不相关的域,因此内存占用也增加了。域不能做成final的,除非构造器初始化了不相关的域,产生了更多的样板代码。构造器必须不借助编译器来设置标签域,并初始化正确的数据域:如果初始化了错误的域,程序就会在运行时失败。无法给标签类添加风格,除非可以修改它的源文件。如果一定要添加风格,就必须记住给每个条件语句都添加一个条件,否则类就会在运行时失败。最后,实例的数据类型没有提供任何关于其风格的线索。一句话,标签类过于冗长、容易出错,并且效率底下

    幸运的是,面向对象的语言(如Java)提供了其他更好的方法来定义表示多种风格对象的单个数据类型:子类型化(subtyping)。标签类正是对类层次的一种简单的仿效

    为了将标签类转变成类层次,首先要为标签中的每个方法都定义一个包含抽象方法的抽象类,标签类的行为依赖于标签值。在Figure类种,只有一个这样的方法:area。这个抽象类是类层次的根(root)。如果还有其他的方法其行为不依赖于标签的值,就把这样的方法放在这个类中。同样的,如果所有的方法都用到了某些数据域,就应该把它们放在这个类中。在Figure类中,不存在这种类型独立的方法或者数据域。

    接下来,为每种原始标签类都定义根类的具体子类。在前面的例子中,这样的类型有两个:圆形(circle)和矩形(rectangle)。在每个子类中都包含特定于该类型的数据域。在我们的示例中,radius是特定于圆形的,length和width是特定于矩形的。同时在每个子类中还包括针对根类中每个抽象方法的相应实现。以下是与原始的Figure类相对应的类层次:

    // Class hierarchy replacement for a tagged class
    abstract class Figure { 
      abstract double area();
    }
    
    class Circle extends Figure { 
      final double radius;
      Circle(double radius) { this.radius = radius; }
      
      @Override
      double area() { return Math.PI * (radius * radius); } 
    }
      
    class Rectangle extends Figure { 
      final double length;
      final double width;
      
      Rectangle(double length, double width) { 
        this.length = length;
        this.width = width;
      }
      
      @Override
      double area() { return length * width; }
    }
    

    这个类层次纠正了前面提到过的标签类的所有缺点,这段代码简单且清楚,不包含在原来的版本中见到的所有样板代码。每个类型的实现都配有自己的类,这些类没有受到不相关数据域的拖累。所有的域都是final的。编译器确保每个类的构造器都初始化它的数据域,对于根类中声明的每个抽象方法都确保有一个实现。这样就杜绝了由于遗漏switch case而导致运行时失败的可能性。多名程序员可以独立的扩展层次结构,并且不用访问根类的源代码就能相互操作。每种类型都有一种相关的独立的数据类型,允许程序员指明变量的类型,限制变量,并将参数输入到特殊的类型。

    类层次的另一个好处在于,它们可以用来反映类型之间本质上的层次关系,有助于增加灵活性,并有助于更好的进行编译时类型检查。假设上述例子中的标签类也允许表达正方形。类层次可以反映出正方形是一种特殊的矩形这一事实(假设两者都是不可变的):

    class Square extends Rectangle { 
      Square(double side) {
        super(side, side); 
      }
    }
    

    注意,上述层次中的域被直接访问,而不是通过访问方法访问。这是为了简洁起见,如果层次结构是公有的(详见第16条),则不允许这样做。

    简而言之,标签类很少有适用的时候。当你想要编写一个包含显式标签域的类时,应该考虑一下,这个标签是否可以取消,这个类是否可以用类层次来代替。当你遇到一个包含标签域的现有类时,就要考虑将它重构到一个层次结构中去。

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