Charles Scalfani

我使用面向对象语言编程已经十几年了。我是用的第一个OO语言是C++,然后是Smalltak,最后是.NET和Java。

我迫切地想从面向对象的三大支柱,集成,封装和多态上得到收益。

我急于从这个到我面前的新领地得到对于重用的承诺。

我对于将现实对象映射到类的想法非常兴奋,并希望整件事能平滑迁移。

我想太多了。

继承,第一个跌落的支柱

最早,继承看起来是面向对象范式的最大收益。所有对新手灌输的关于形状继承的简化例子看起来逻辑上很合理。

【译】再见,面向对象编程(一)-LMLPHP

我照单全收并且发现了新东西。

香蕉猴子雨林问题

我带着信仰和需要解决的问题,开始构建类继承和写代码,一切都很好。

我永远不会忘记那一天,当我打算开始从一个现有类使用继承来重用的时候,这是我一直在等待的时刻。

一个新项目来了,我想到在我上一个工程里的那个类。

没问题,重用来搞定。我从老工程里找到那个类并拷过来使用。
但是。。。 不只是那个类。我需要父类。但。。 但先这样。
啊。。。等下。。。看起来我们需要这个父类的父类。。。然后。。。 我们需要所有父类。好吧。。好吧。。我来解决这个。没问题。
我去。现在不能编译。为什么?哦,我知道了。。。 这个对象包含了其他对象。所以我也需要那些。 没问题。
等等。。。我不只是需要那个对象。我需要对象的父类和他父类的父类,然后每个包含的对象和他们所有的父类。。。
晕。

Joe Armstrong,Erlang之父曾说过:

香蕉猴子雨林解决方案

我可以通过不写太深的继承来解决这个问题。但复用的关键就是继承,任何我对这个机制上的限制都直接限制了重用,是吧?
是的。
所以可怜的面向对象程序员,who’s had a healthy helping of the Kool-aid, to do?
组合和委托,后面说这个。

钻石问题

以下问题迟早会遇到,取决于使用的语言。

【译】再见,面向对象编程(一)-LMLPHP

大部分OO语言不支持这个,尽管这个看起来符合逻辑。让OO语言支持这个有多难?
想象下以下伪代码:

Class PoweredDevice {
}
Class Scanner inherits from PoweredDevice {
  function start() {
  }
}
Class Printer inherits from PoweredDevice {
  function start() {
  }
}
Class Copier inherits from Scanner, Printer {
}

注意Scanner类和Printer类都实现了一个start功能。
所以Copier累继承了哪一个start功能?Scanner?还是Printer?不可能两个都实现。

钻石问题的解决方案

方案很简单。不要这么做。
是的。大部分OO语言不让你这么做。
但是,如果我的建模就是这样呢?我需要我的重用!
那么你必须使用组合和委托。

Class PoweredDevice {
}
Class Scanner inherits from PoweredDevice {
  function start() {
  }
}
Class Printer inherits from PoweredDevice {
  function start() {
  }
}
Class Copier {
  Scanner scanner
  Printer printer
  function start() {
    printer.start()
  }
}

注意现在Copier类包含了Printer和Scanner的实例。他将start功能委托给Printer类的实现。他也可以简单委托给Scanner。
这个问题也让继承范式开始出现问题。

脆弱的基类问题

所以现在我保证我的继承关系比较扁平,并不会出现环状引用。没有钻石问题。
现在一切正常,直到。。。
一天,我的代码运行正常,但后一天就不工作了。我没有变更我的代码。
那么,这可能是个bug。。。 但等下。。。 有些东西确实变了。。。
但那个变动不在我的代码里。这个变动是在我继承的类里面。
为什么基类的变动会导致我的代码有问题?
我们先设想有个基类(我用Java写的,你不懂Java应该也可以比较容易的理解):

import java.util.ArrayList;
 
public class Array
{
  private ArrayList<Object> a = new ArrayList<Object>();
 
  public void add(Object element)
  {
    a.add(element);
  }
 
  public void addAll(Object elements[])
  {
    for (int i = 0; i < elements.length; ++i)
      *a.add(elements[i]); // this line is going to be changed*
  }
}

重要:注意注释的那段代码。这段代码后面的变更会破坏逻辑。

这个类的接口有两个功能, add()和addAll()。add()会加一个单独的元素, addAll()会调用add方法来增加多个元素。

这是衍生类:

public class ArrayCount extends Array
{
  private int count = 0;
 
  @Override
  public void add(Object element)
  {
    super.add(element);
    ++count;
  }
 
  @Override
  public void addAll(Object elements[])
  {
    super.addAll(elements);
    count += elements.length;
  }
}

ArrayCount类是Array类的一个具体实现。唯一的行为区别是ArrayCount保存了元素的数量(count)。
让我们看下两个类的细节。
Array add()添加一个元素到本地的ArrayList。
Array addAll()为每个元素循环调用本地的ArrayList。

ArrayCount add()调用父类的add()并且增加数量count。
ArrayCount addAll()调用父类的addAll()然后根据元素的数量增加数量count。

目前看起来都正常。

现在打破逻辑了。基类注释的代码变更成以下这样:

  public void addAll(Object elements[])
  {
    for (int i = 0; i < elements.length; ++i)
      add(elements[i]); // this line was changed
  }

基类所有者关心的部分,功能还是按设想一样运转正常。并且所有自动化测试仍然可以通过。
但所有者显然没有关注到派生类。所以派生类的作者被粗暴干扰了。
现在ArrayCount addAll()调用父类的addAll(),其内部调用add()的逻辑已经被派生类覆盖了。
这样会导致数量count在每次派生类调用add()时增加,然后在派生类调用addAll()时再被增加一次。

这被计数了两次。

如果是这样,并且已经发生了,派生类的作者必须知道积累是被如何实现的。他们必须在每次基类变更时被通知到,因为这可能会导致派生类在不可预见的情况下工作。

太糟了!这个巨大的问题永久影响了继承范式的稳定性。

脆弱的基类解决方案

这次一样,包含和委托可以解决。
使用包含和委托,我们从白盒编程转化成黑盒编程。白盒编程时,我们需要关注基类的实现。
黑盒编程时,由于我们无法通过覆盖基类方法的方式来注入代码,我们可以完全忽略其实现。我们只需要关心接口。

这个趋势有点危险。。。
继承应该是重用最重要的手段。
OO语言没有设计成让包含和委托方便使用。他们是被设计成让继承方便易用。
如果你像我一样,你会开始对这个继承的问题开始惊奇。但更重要的是,这会让你对于继承的信心开始动摇。

继承问题

每次当我进入一家新公司,我都会对于找个地方放我公司文档的地方开始纠结,比如,员工手册。
我是建一个目录叫“文档”然后在里面建个目录叫“公司”?
或者我建一个目录叫“公司”然后在里面建个目录叫“文档”?
都可以。但是哪一个是正确的? 是最好的?
目录继承的想法是基类(父母)更加通用,派生类(子类)会更加具体。而且我们自己会在继承链上做更加具象化的版本。(看上面形状继承的例子)
但当一个父类和子类可以互相调换位置时,这个模型明显哪里出了问题。

继承问题解决方案

现在的问题是。。。
分类继承不工作了。
所以继承方式好在哪里?
包含。
如果你看下现实世界,你可以看到包含(或排他所有权)继承到处都是。
而你找不到的是分类继承。让那个先等一会。面向对象范式来源于于现实世界,对象被另一个对象填入。但他使用了一个有问题的模型。分类继承,没有现实世界的基础。
现实世界使用的是包含继承。一个容器包含继承的很好的例子是你的袜子。他们在袜子的抽屉里,然后被你衣服的抽屉包进去,然后又被你的卧室包含,然后又被你的房子包含。
你硬盘的目录是另一个容器包含继承的例子。他们保存文件。
所以我们如何对他们分类?
如果你考虑下公司目录,其实我放在哪里没什么太大关系。我可以把他们放在一个叫“文档”的目录或放在一个叫“东西”的目录。
我分类的方式是使用tag标签。我使用以下标签来给文件打标:

文档
公司
手册

标签没有顺序或继承。(这也解决了钻石问题)
tag与接口类似,你可以有多种类型与文档关联。
看到这么多问题,看起来继承范式已经完了。
再见,继承。


微信公众号「麦芽面包」,id「darkjune_think」
开发者/科幻爱好者/硬核主机玩家/业余翻译家/书虫
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12-23 21:16