《On Java 8》- 面向对象之代码复用（组合、继承、委托）

文章目录

小结
原文
- 组合语法
- 继承语法
- 委托
- 结合组合与继承
- 组合与继承的选择

小结

根据《On Java 8》：第八章复用总结

复用指的是代码复用，一般情况下有两种方式：组合、继承。还有一种是委托（了解就行）。

组合：把一个对象的引用（object references）放置在一个新的类里，这就使用了组合。
继承：派生类 extends 基类，派生类自动获得基类中的所有字段和方法，（还有方法重写）
委托：Java 不直接支持的第三种重用关系称为委托。这介于继承和组合之间，因为你将一个成员对象放在正在构建的类中 (比如组合)，但同时又在新类中公开来自成员对象的所有方法 (比如继承)

组合继承的选择：

组合和继承都允许在新类中放置子对象（组合是显式的，而继承是隐式的）
当你想在新类中包含一个已有类的功能时，使用组合，而非继承。也就是说，在新类中嵌入一个对象（通常是私有的），以实现其功能。新类的使用者看到的是你所定义的新类的接口，而非嵌入对象的接口。
当使用继承时，使用一个现有类并开发出它的新版本。通常这意味着使用一个通用类，并为了某个特殊需求将其特殊化。稍微思考下，你就会发现，用一个交通工具对象来组成一部车是毫无意义的——车不包含交通工具，它就是交通工具。这种 “是一个”的关系是用继承来表达的，而 “有一个 “的关系则用组合来表达。
一种判断使用组合还是继承的最清晰的方法是问一问自己是否需要把新类向上转型为基类。如果必须向上转型，那么继承就是必要的，但如果不需要，则要进一步考虑是否该采用继承。

继承和组合都是从已有类型创建新类型。组合将已有类型作为新类型底层实现的一部分，继承复用的是接口。
使用继承时，派生类具有基类接口，因此可以向上转型为基类，这对于多态至关重要。

尽管在面向对象编程时极力强调继承，但在开始设计时，优先使用组合（或委托），只有当确实需要时再使用继承。组合更具灵活性。

原文

代码复用是面向对象编程（OOP）最具魅力的原因之一。

对于像 C 语言等面向过程语言来说，“复用” 通常指的就是 “复制代码”。任何语言都可通过简单复制来达到代码复用的目的，但是这样做的效果并不好。Java 围绕 “类”（Class）来解决问题。我们可以直接使用别人构建或调试过的代码，而非创建新类、重新开始。
如何在不污染源代码的前提下使用现存代码是需要技巧的。在本章里，你将学习到两种方式来达到这个目的：

第一种方式直接了当。在新类中创建现有类的对象。这种方式叫做 “组合”（Composition），通过这种方式复用代码的功能，而非其形式。
第二种方式更为微妙。创建现有类类型的新类。照字面理解：采用现有类形式，又无需在编码时改动其代码，这种方式就叫做 “继承”（Inheritance），编译器会做大部分的工作。继承是面向对象编程（OOP）的重要基础之一。更多功能相关将在多态（Polymorphism）章节中介绍。

组合与继承的语法、行为上有许多相似的地方（这其实是有道理的，毕竟都是基于现有类型构建新的类型）。在本章中，你会学到这两种代码复用的方法。

组合语法

在前面的学习中，“组合”（Composition）已经被多次使用。你仅需要把对象的引用（object references）放置在一个新的类里，这就使用了组合。例如，假设你需要一个对象，其中内置了几个 String 对象，两个基本类型（primitives）的属性字段，一个其他类的对象。对于非基本类型对象，将引用直接放置在新类中，对于基本类型属性字段则仅进行声明。

// reuse/SprinklerSystem.java
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// We make no guarantees that this code is fit for any purpose.
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// Composition for code reuseclass WaterSource {private String s;WaterSource() {System.out.println("WaterSource()");s = "Constructed";}@Overridepublic String toString() { return s; }}public class SprinklerSystem {private String valve1, valve2, valve3, valve4;private WaterSource source = new WaterSource();private int i;private float f;@Overridepublic String toString() {return"valve1 = " + valve1 + " " +"valve2 = " + valve2 + " " +"valve3 = " + valve3 + " " +"valve4 = " + valve4 + "\n" +"i = " + i + " " + "f = " + f + " " +"source = " + source; // [1]}public static void main(String[] args) {SprinklerSystem sprinklers = new SprinklerSystem();System.out.println(sprinklers);}}
/* Output:
WaterSource()
valve1 = null valve2 = null valve3 = null valve4 = null
i = 0 f = 0.0 source = Constructed
*/

这两个类中定义的一个方法是特殊的: toString()。每个非基本类型对象都有一个toString() 方法，在编译器需要字符串但它有对象的特殊情况下调用该方法。因此，在[1] 中，编译器看到你试图 “添加” 一个 WaterSource 类型的字符串对象。因为字符串只能拼接另一个字符串，所以它就先会调用 toString() 将 source 转换成一个字符串。然后，它可以拼接这两个字符串并将结果字符串传递给 System.out.println()。要对创建的任何类允许这种行为，只需要编写一个 toString() 方法。在 toString() 上使用 @Override 注释来告诉编译器，以确保正确地覆盖。@Override 是可选的，但它有助于验证你没有拼写错误 (或者更微妙地说，大小写字母输入错误)。类中的基本类型字段自动初始化为零，正如 object Everywhere 一章中所述。但是对象引用被初始化为 null，如果你尝试调用其任何一个方法，你将得到一个异常（一个运行时错误）。方便的是，打印 null 引用却不会得到异常。

编译器不会为每个引用创建一个默认对象，这是有意义的，因为在许多情况下，这会导致不必要的开销。初始化引用有四种方法:

当对象被定义时。这意味着它们总是在调用构造函数之前初始化。
在该类的构造函数中。
在实际使用对象之前。这通常称为延迟初始化。在对象创建开销大且不需要每次
都创建对象的情况下，它可以减少开销。
使用实例初始化。

以上四种实例创建的方法例子在这：

// reuse/Bath.java
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// Constructor initialization with compositionclass Soap {private String s;Soap() {System.out.println("Soap()");s = "Constructed";}@Overridepublic String toString() { return s; }}public class Bath {private String // Initializing at point of definition:s1 = "Happy",s2 = "Happy",s3, s4;private Soap castille;private int i;private float toy;public Bath() {System.out.println("Inside Bath()");s3 = "Joy";toy = 3.14f;castille = new Soap();}// Instance initialization:{ i = 47; }@Overridepublic String toString() {if(s4 == null) // Delayed initialization:s4 = "Joy";return"s1 = " + s1 + "\n" +"s2 = " + s2 + "\n" +"s3 = " + s3 + "\n" +"s4 = " + s4 + "\n" +"i = " + i + "\n" +"toy = " + toy + "\n" +"castille = " + castille;}public static void main(String[] args) {Bath b = new Bath();System.out.println(b);}}
/* Output:
Inside Bath()
Soap()
s1 = Happy
s2 = Happy
s3 = Joy
s4 = Joy
i = 47
toy = 3.14
castille = Constructed
*/

在 Bath 构造函数中，有一个代码块在所有初始化发生前就已经执行了。当你不在定义处初始化时，仍然不能保证在向对象引用发送消息之前执行任何初始化——如果你试图对未初始化的引用调用方法，则未初始化的引用将产生运行时异常。

当调用 toString() 时，它将赋值 s4，以便在使用字段的时候所有的属性都已被初始化。

继承语法

继承是所有面向对象语言的一个组成部分。事实证明，在创建类时总是要继承，因为除非显式地继承其他类，否则就隐式地继承 Java 的标准根类对象（Object）。

组合的语法很明显，但是继承使用了一种特殊的语法。当你继承时，你说，“这个新类与那个旧类类似。你可以在类主体的左大括号前的代码中声明这一点，使用关键字extends 后跟基类的名称。当你这样做时，你将自动获得基类中的所有字段和方法。这里有一个例子:

// reuse/Detergent.java
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// Inheritance syntax & propertiesclass Cleanser {private String s = "Cleanser";public void append(String a) { s += a; }public void dilute() { append(" dilute()"); }public void apply() { append(" apply()"); }public void scrub() { append(" scrub()"); }@Overridepublic String toString() { return s; }public static void main(String[] args) {Cleanser x = new Cleanser();x.dilute(); x.apply(); x.scrub();System.out.println(x);}}public class Detergent extends Cleanser {// Change a method:@Overridepublic void scrub() {append(" Detergent.scrub()");super.scrub(); // Call base-class version}// Add methods to the interface:public void foam() { append(" foam()"); }// Test the new class:public static void main(String[] args) {Detergent x = new Detergent();x.dilute();x.apply();x.scrub();x.foam();System.out.println(x);System.out.println("Testing base class:");Cleanser.main(args);}}
/* Output:
Cleanser dilute() apply() Detergent.scrub() scrub()
foam()
Testing base class:
Cleanser dilute() apply() scrub()
*/

这演示了一些特性。首先，在 Cleanser 的 append() 方法中，使用 += 操作符将字符串连接到 s，这是 Java 设计人员 “重载” 来处理字符串的操作符之一 (还有 + )。

第二，Cleanser 和 Detergent 都包含一个 main() 方法。你可以为每个类创建一个 main() ; 这允许对每个类进行简单的测试。当你完成测试时，不需要删除 main();你可以将其留在以后的测试中。即使程序中有很多类都有 main() 方法，惟一运行的只有在命令行上调用的 main()。这里，当你使用 java Detergent 时候，就调用了Detergent.main()。但是你也可以使用 java Cleanser 来调用 Cleanser.main()，即使 Cleanser 不是一个公共类。即使类只具有包访问权，也可以访问 public main()。

在这里，Detergent.main() 显式地调用 Cleanser.main()，从命令行传递相同的参数 (当然，你可以传递任何字符串数组)。

Cleanser 中的所有方法都是公开的。请记住，如果不使用任何访问修饰符，则成员默认为包访问权限，这只允许包内成员访问。因此，如果没有访问修饰符，那么包内的任何人都可以使用这些方法。例如，Detergent 就没有问题。但是，如果其他包中的类继承 Cleanser，则该类只能访问 Cleanser 的公共成员。因此，为了允许继承，一般规则是所有字段为私有，所有方法为公共。(protected 成员也允许派生类访问; 你以后会知道的。) 在特定的情况下，你必须进行调整，但这是一个有用的指南。

Cleanser 的接口中有一组方法: append()、dilute()、apply()、scrub() 和toString()。因为 Detergent 是从 Cleanser 派生的 (通过 extends 关键字)，所以它会在其接口中自动获取所有这些方法，即使你没有在 Detergent 中看到所有这些方法的显式定义。那么，可以把继承看作是复用类。如在 scrub() 中所见，可以使用基类中定义的方法并修改它。在这里，你可以在新类中调用基类的该方法。但是在 scrub()内部，不能简单地调用 scrub()，因为这会产生递归调用。为了解决这个问题，Java 的super 关键字引用了当前类继承的 “超类”(基类)。因此表达式 super.scrub() 调用方法 scrub() 的基类版本。

继承时，你不受限于使用基类的方法。你还可以像向类添加任何方法一样向派生类添加新方法: 只需定义它。方法 foam() 就是一个例子。Detergent.main() 中可以看到，对于 Detergent 对象，你可以调用 Cleanser 和 Detergent 中可用的所有方法(如 foam() )。

委托

Java 不直接支持的第三种重用关系称为委托。这介于继承和组合之间，因为你将一个成员对象放在正在构建的类中 (比如组合)，但同时又在新类中公开来自成员对象的所有方法 (比如继承)。例如，宇宙飞船需要一个控制模块:

// reuse/SpaceShipControls.java
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// Visit http://OnJava8.com for more book information.public class SpaceShipControls {void up(int velocity) {}void down(int velocity) {}void left(int velocity) {}void right(int velocity) {}void forward(int velocity) {}void back(int velocity) {}void turboBoost() {}}建造宇宙飞船的一种方法是使用继承:// reuse/DerivedSpaceShip.java
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// Visit http://OnJava8.com for more book information.public class DerivedSpaceShip extends SpaceShipControls {private String name;public DerivedSpaceShip(String name) {this.name = name;}@Overridepublic String toString() { return name; }public static void main(String[] args) {DerivedSpaceShip protector =new DerivedSpaceShip("NSEA Protector");protector.forward(100);}}

然而，DerivedSpaceShip 并不是真正的 “一种” SpaceShipControls ，即使你“告诉” DerivedSpaceShip 调用 forward()。更准确地说，一艘宇宙飞船包含了 SpaceShipControls，同时 SpaceShipControls 中的所有方法都暴露在宇宙飞船中。委托解决了这个难题:

// reuse/SpaceShipDelegation.java
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// Visit http://OnJava8.com for more book information.public class SpaceShipDelegation {private String name;private SpaceShipControls controls =new SpaceShipControls();public SpaceShipDelegation(String name) {this.name = name;}// Delegated methods:public void back(int velocity) {controls.back(velocity);}public void down(int velocity) {controls.down(velocity);}public void forward(int velocity) {controls.forward(velocity);}public void left(int velocity) {controls.left(velocity);}public void right(int velocity) {controls.right(velocity);}public void turboBoost() {controls.turboBoost();}public void up(int velocity) {controls.up(velocity);}public static void main(String[] args) {SpaceShipDelegation protector =new SpaceShipDelegation("NSEA Protector");protector.forward(100);}}

方法被转发到底层 control 对象，因此接口与继承的接口是相同的。但是，你对委托有更多的控制，因为你可以选择只在成员对象中提供方法的子集。

虽然 Java 语言不支持委托，但是开发工具常常支持。例如，上面的例子是使用JetBrains Idea IDE 自动生成的。

结合组合与继承

你将经常同时使用组合和继承。下面的例子展示了使用继承和组合创建类，以及必要的构造函数初始化:

// reuse/PlaceSetting.java
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// Combining composition & inheritanceclass Plate {Plate(int i) {System.out.println("Plate constructor");}}class DinnerPlate extends Plate {DinnerPlate(int i) {super(i);System.out.println("DinnerPlate constructor");}}class Utensil {Utensil(int i) {System.out.println("Utensil constructor");}}class Spoon extends Utensil {Spoon(int i) {super(i);System.out.println("Spoon constructor");}}class Fork extends Utensil {Fork(int i) {super(i);System.out.println("Fork constructor");}}class Knife extends Utensil {Knife(int i) {super(i);System.out.println("Knife constructor");}}// A cultural way of doing something:class Custom {Custom(int i) {System.out.println("Custom constructor");}}public class PlaceSetting extends Custom {private Spoon sp;private Fork frk;private Knife kn;private DinnerPlate pl;public PlaceSetting(int i) {super(i + 1);sp = new Spoon(i + 2);frk = new Fork(i + 3);kn = new Knife(i + 4);pl = new DinnerPlate(i + 5);System.out.println("PlaceSetting constructor");}public static void main(String[] args) {PlaceSetting x = new PlaceSetting(9);}}
/* Output:
Custom constructor
Utensil constructor
Spoon constructor
Utensil constructor
Fork constructor
Utensil constructor
Knife constructor
Plate constructor
DinnerPlate constructor
PlaceSetting constructor
*/

尽管编译器强制你初始化基类，并要求你在构造函数的开头就初始化基类，但它并不监视你以确保你初始化了成员对象。注意类是如何干净地分离的。你甚至不需要方法重用代码的源代码。你最多只导入一个包。(这对于继承和组合都是正确的。)

组合与继承的选择

组合和继承都允许在新类中放置子对象（组合是显式的，而继承是隐式的）。你或许想知道这二者之间的区别，以及怎样在二者间做选择。

当你想在新类中包含一个已有类的功能时，使用组合，而非继承。也就是说，在新类中嵌入一个对象（通常是私有的），以实现其功能。新类的使用者看到的是你所定义的新类的接口，而非嵌入对象的接口。

有时让类的用户直接访问到新类中的组合成分是有意义的。只需将成员对象声明为 public 即可（可以把这当作 “半委托” 的一种）。成员对象隐藏了具体实现，所以这是安全的。当用户知道你正在组装一组部件时，会使得接口更加容易理解。下面的 car对象是个很好的例子：

// reuse/Car.java
// Composition with public objectsclass Engine {public void start() {}public void rev() {}public void stop() {}}class Wheel {public void inflate(int psi) {}}class Window {public void rollup() {}public void rolldown() {}}class Door {public Window window = new Window();public void open() {}public void close() {}}public class Car {public Engine engine = new Engine();public Wheel[] wheel = new Wheel[4];public Door left = new Door(), right = new Door(); // 2-doorpublic Car() {for (int i = 0; i < 4; i++) {wheel[i] = new Wheel();}}public static void main(String[] args) {Car car = new Car();car.left.window.rollup();car.wheel[0].inflate(72);}}

因为在这个例子中 car 的组合也是问题分析的一部分（不是底层设计的部分），所以声明成员为 public 有助于客户端程序员理解如何使用类，且降低了类创建者面临的代码复杂度。但是，记住这是一个特例。通常来说，属性还是应该声明为 private。

当使用继承时，使用一个现有类并开发出它的新版本。通常这意味着使用一个通用类，并为了某个特殊需求将其特殊化。 稍微思考下，你就会发现，用一个交通工具对象来组成一部车是毫无意义的——车不包含交通工具，它就是交通工具。这种 “是一个”的关系是用继承来表达的，而 “有一个 “的关系则用组合来表达。