面向对象编程范式得到了广大开发者的青睐,在做面向对象软件设计的同仁也或多或少曾经心存困惑过。比如,怎么样才是正确的封装?如何恰当的继承?何时应该抽象? 对于设计,我们很难说对与错,通常只有好与不好的区分,而所谓的最佳实践也只是 -- 在当前约束下,人们所能找到的最佳解决方案。
最近我在给ThoughtWorks内部某海外交付团队的核心成员(Tech Lead & Second Tier)做OO Bootcamp的培训,在分享讨论和编码实践的过程中加强了对面向对象设计的理解,本文我来聊一聊面向对象中关于继承设计的IS-A
的这个工具。
IS-A是把好尺子
在做面向对象设计的时候,我们心中始终会装着三大武器:封装
、继承
、多态
,设计出的软件也得有它们的身影。然而,很多时候并不是没有它们,而是它们的影子太多了(滥用或误用)。就拿继承来说,我们会经常使用IS-A
来审视两个类的继承关系。比如以下场景:
- A Parrot IS A Bird(鹦鹉是一只鸟)
- A Man IS A Person(男人是一个人)
- A Square IS A Rectangle(正方形是一个矩形)
以上关系,单纯从自然属性来思考都好像是正确的,所以我们在设计继承关系的时候通常会很容易类似写出以下代码:
class Man extends Person{ }
class Person {
private int age;
private double height;
public void walk(){ }
}
class Square extends Rectangle{ }
class Rectangle{ }
因为IS-A
这把尺子的辅助,我们很容易地采用了继承,继承之后,子类什么也不用做就拥有了父类的特征和行为能力。看起来很好,它如期达到我们复用的期望。
IS-A的失效区
拿Square IS A Rectangle
来说,我们都知道正方形是一个矩形,这话没毛病。然而,当我们按照真实业务要求完善Rectangle
之后可能是这样子的:
public class Rectangle {
protected double width;
protected double height;
public void setWidth(double width) { this.width = width; }
public void setHeight(double height) { this.height = height; }
public double calculateArea() { return width * height; }
}
public class Square extends Rectangle {
@Override
public void setHeight(double height) {
this.height = height;
this.width = height;
}
@Override
public void setWidth(double width) {
this.height = width;
this.width = width;
}
}
此时我们有一个客户类这样使用Rectangle:
public class SizeChanger {
private double newWidth;
private double newHeight;
public SizeChanger(double newWidth, double newHeight) {
this.newWidth = newWidth;
this.newHeight = newHeight;
}
public double resize(Rectangle rectangle) {
rectangle.setWidth(newWidth);
rectangle.setHeight(newHeight);
return rectangle.calculateArea();
}
}
resize
方法接受一个Rectangle
对象参数,而Square
作为子类,也可以被传入到这个方法中,比如我们测试客户类:
class SizeChangerTest {
@Test
void should_calculate_correct_area_after_resize() {
SizeChanger sizeChanger = new SizeChanger(5, 10);
Rectangle rectangle = new Rectangle();
rectangle.setWidth(4);
rectangle.setHeight(5);
assertThat(sizeChanger.resize(rectangle)).isEqualTo(50);
}
}
我们期望resize
的返回值是50,没毛病。但我们如果把Rectangle
子类对象传给resize
方法就会挂掉:
class SizeChangerTest {
@Test
void should_calculate_correct_area_after_resize() {
SizeChanger sizeChanger = new SizeChanger(5, 10);
Rectangle rectangle = new Square();
rectangle.setWidth(4);
rectangle.setHeight(5);
assertThat(sizeChanger.resize(rectangle)).isEqualTo(50); // 100 not 50
}
}
作为客户程序就会产生疑惑了:"我调用resize
方法的表现时而不一样,这让我很焦虑,没法信任你的程序,既然A Square IS A Rectangle
,给resize
传入Square
和Rectangle
的结果应该是跟期望一致的。" 所以从resize
的角度来看,A Square IS NOT A Rectangle
。而导致这一现象的原因是Square
和Rectangle
的行为方式发生了改变,它们的setWidth
和setHeight
行为不一样。
行为
是面向对象设计的关键所在,我们通过封装将对象属性隐藏,以API的方式来服务于客户程序,这些公开的API就是一系列行为,这些行为正是客户程序想使用的(客户程序依赖这些行为),它们也构成了我们软件的功能。
所有,不难理解LSP(里氏替换原则)
强调IS-A
的关系是针对行为方式来讲的,这也是面向对象软件设计中与真实世界的对象关系的微妙差别,当子类与父类针对某个具体的行为发生改变时,这个继承就违背了LSP
。
拯救IS-A的铁弹
IS-A
是基于行为方式的,也就是说,当你的子类改变了父类的某个具体行为时,IS-A
就需要重新审视了。
如何重新审视?你需要进一步进行抽象,进一步提取抽象概念,此时需要念出面向抽象编程
的六字真经了,抽出多态
这把匕首,并移步让里氏替换原则为你效力。
Posted by 袁慎建@ThoughtWorks
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