不是抽象類的基類不是好基類
開宗明義:不是抽象類的基類不是好基類。為什麼這麼說?
基類和派生類的關係有如下幾種:
基類可以是具體類、虛類和抽象類三種,對派生類沒有要求。其中具體類是沒有虛擬函式的類,其所有方法都提供了具體實現;派生類方法如果和基類方法同名,則派生類方法隱藏(overwrite)了基類方法。虛類是包含虛擬函式的類,所有方法都提供具體實現;派生類如果要提供不同於基類虛方法的實現,則在派生類中提供同名方法,該方法將覆蓋(override)基類虛方法。抽象類是包含抽象方法(或稱為純虛方法)的類,抽象方法不提供具體實現,抽象類只用於表示概念,不能直接構造抽象類的物件,抽象類的極端化就是“介面”。
首先,從語義上理解。
派生類和基類一定要滿足“is-a”關係,即派生類和基類有類屬關係,或者說派生類是基類的一種具體化。基類表示某種概念,派生類表示該概念下的某類具體事物。
讓一個類繼承自另一個具體類明顯是不合理的,即使他們表示的概念很相近,或者他們的關係很緊密,這相當於說事物A是一種事物B。比如讓直升機繼承自固定翼飛機,明顯,直升機並不是一種固定翼飛機,雖然它們有“fly”這個方法。正確的抽象方式是,提取出飛機這個概念作為基類,然後讓直升機和固定翼飛機都從基類飛機繼承。
讓派生類從虛類繼承也是不合理的,卻是常見的錯誤思路,在很多OOP入門教材上用濫了的例子。即,虛基類提供預設實現,如果派生類的行為和基類不同,則在派生類中覆蓋基類虛方法。
其實,由於虛基類提供了所有方法的實現,說明虛基類並不虛,是一個表示具體事物的具體類。在語義上的問題,同樣可以用前述例子來說明。
其次,從程式設計角度理解。
讓派生類繼承自具體基類的動機在於,派生類的某些行為和具體基類相同,派生類想要重用基類的這部分程式碼。而在另一些行為上派生類和基類又有差別,於是在派生類實現了和基類同名的方法(為了保持介面一致,所以同名)來定義自己的行為。從虛基類獲得派生類的動機同上,同時還享受了多型性的好處。
但是上述方式的問題在於:
1、沒有遵循“依賴倒置”原則,應對變化的能力不足。OO設計裡的一條重要原則就是:針對抽象程式設計,而不是針對具體物件程式設計,這條原則也叫做“依賴倒置”原則。基類充當了類繼承樹和外部世界之間的介面角色,使用者通過基類介面使用這個類繼承樹。如果用具體基類或虛基類作為介面,當類繼承樹內部發生變化時,就會影響到使用者程式碼,可能要求使用者程式碼修改或者重新編譯。
2、可能造成程式碼重複。假設派生類重新實現了基類的方法foo,其他方法都相同。如果派生類::foo的實現和基類::foo完全不同,正說明了派生類和基類並沒有類屬關係,而是在概念上和基類處於同一層次的另一事物。如果派生類::foo的實現和基類::foo相似,只是細節不同,那麼它們中必然存在大量實現相同功能的程式碼,這違反了同一份資料或程式碼只出現一次的要求,正是bug的主要來源之一;解決方法是提取出抽象類,運用模板方法(template method)模式。
還是以飛機的例子來說明。
方案一,直升機和固定翼飛機的飛行方式完全不同,所以直升機::fly需要完全重新改寫固定翼飛機::fly,在概念和實現上都是urgly的。於是有方案二:
方案二,提取抽象類飛機,定義抽象方法fly,然後在其派生類固定翼飛機和直升機中分別實現fly方法。
現在變化來了,要將陸基戰鬥機和艦載戰鬥機加入這個體系結構中。我們知道,陸基和艦載飛機在在空中的飛行方式是一樣的,不同的是艦載機在起飛和降落時有特殊要求。這意味著,陸基戰鬥機和艦載戰鬥機可以重用固定翼飛機::fly方法的大部分程式碼。
方案三,運用模板方法模式,將飛機起飛方式作為抽象方法,將固定翼飛機提取為抽象類,在陸基戰鬥機和艦載戰鬥機中分別實現起飛方法。飛機類和固定翼飛機類都成為了抽象類。
那麼,如果按照從具體基類或虛基類發展類繼承體系的思路,最後將會得到什麼樣的設計呢?很可能是下面這樣的。
固定翼飛機::fly實現陸基飛行方法;艦載戰鬥機::fly實現copy固定翼飛機::fly的大部分程式碼,然後新增艦載起飛方式;直升機::fly完全重寫fly方法。它還是可以工作的,不過概念不清,可擴充套件性差。
結論:
1、如果以具體類或者虛類作為基類,說明抽象得還不夠,概念沒理清,物件模型需要進一步分析,提取出抽象基類。
2、如果基類和派生類的同名方法實現完全不同,則將此同名方法作為抽象類的抽象方法;如果上述同名方法實現部分相似,則運用模板方法模式設計。
最終得到的類繼承樹中,所有的葉子節點都是且僅是具體類,根節點和所有中間節點都是且僅是抽象類。如下圖:
不是抽象類的基類不是好基類!**