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                # 7.8 通過繼承進行設計 學習了多態性的知識后,由于多態性是如此“聰明”的一種工具,所以看起來似乎所有東西都應該繼承。但假如過度使用繼承技術,也會使自己的設計變得不必要地復雜起來。事實上,當我們以一個現成類為基礎建立一個新類時,如首先選擇繼承,會使情況變得異常復雜。 一個更好的思路是首先選擇“組合”——如果不能十分確定自己應使用哪一個。組合不會強迫我們的程序設計進入繼承的分級結構中。同時,組合顯得更加靈活,因為可以動態選擇一種類型(以及行為),而繼承要求在編譯期間準確地知道一種類型。下面這個例子對此進行了闡釋: ``` //: Transmogrify.java // Dynamically changing the behavior of // an object via composition. interface Actor { void act(); } class HappyActor implements Actor { public void act() { System.out.println("HappyActor"); } } class SadActor implements Actor { public void act() { System.out.println("SadActor"); } } class Stage { Actor a = new HappyActor(); void change() { a = new SadActor(); } void go() { a.act(); } } public class Transmogrify { public static void main(String[] args) { Stage s = new Stage(); s.go(); // Prints "HappyActor" s.change(); s.go(); // Prints "SadActor" } } ///:~ ``` 在這里,一個`Stage`對象包含了指向一個`Actor`的引用,后者被初始化成一個`HappyActor`對象。這意味著`go()`會產生特定的行為。但由于引用在運行期間可以重新與一個不同的對象綁定或結合起來,所以`SadActor`對象的引用可在a中得到替換,然后由`go()`產生的行為發生改變。這樣一來,我們在運行期間就獲得了很大的靈活性。與此相反,我們不能在運行期間換用不同的形式來進行繼承;它要求在編譯期間完全決定下來。 一條常規的設計準則是:用繼承表達行為間的差異,并用成員變量表達狀態的變化。在上述例子中,兩者都得到了應用:繼承了兩個不同的類,用于表達`act()`方法的差異;而`Stage`通過組合技術允許它自己的狀態發生變化。在這種情況下,那種狀態的改變同時也產生了行為的變化。 ## 7.8.1 純繼承與擴展 學習繼承時,為了創建繼承分級結構,看來最明顯的方法是采取一種“純粹”的手段。也就是說,只有在基類或“接口”中已建立的方法才可在派生類中被覆蓋,如下面這張圖所示: ![](https://box.kancloud.cn/2f36e91be6919a1c8f70e6678dbf5aea_322x214.gif) 可將其描述成一種純粹的“屬于”關系,因為一個類的接口已規定了它到底“是什么”或者“屬于什么”。通過繼承,可保證所有派生類都只擁有基類的接口。如果按上述示意圖操作,派生出來的類除了基類的接口之外,也不會再擁有其他什么。 可將其想象成一種“純替換”,因為派生類對象可為基類完美地替換掉。使用它們的時候,我們根本沒必要知道與子類有關的任何額外信息。如下所示: ![](https://box.kancloud.cn/53d3656fec7f5d33d2873a293cb57aa7_364x78.gif) 也就是說,基類可接收我們發給派生類的任何消息,因為兩者擁有完全一致的接口。我們要做的全部事情就是從派生向上轉換,而且永遠不需要回過頭來檢查對象的準確類型是什么。所有細節都已通過多態性獲得了完美的控制。 若按這種思路考慮問題,那么一個純粹的“屬于”關系似乎是唯一明智的設計方法,其他任何設計方法都會導致混亂不清的思路,而且在定義上存在很大的困難。但這種想法又屬于另一個極端。經過細致的研究,我們發現擴展接口對于一些特定問題來說是特別有效的方案。可將其稱為“類似于”關系,因為擴展后的派生類“類似于”基類——它們有相同的基礎接口——但它增加了一些特性,要求用額外的方法加以實現。如下所示: ![](https://box.kancloud.cn/c1fb7b241e128fafa774ba84e54eed00_230x276.gif) 盡管這是一種有用和明智的做法(由具體的環境決定),但它也有一個缺點:派生類中對接口擴展的那一部分不可在基類中使用。所以一旦向上轉換,就不可再調用新方法: ![](https://box.kancloud.cn/185afd4cd06d00e65be17578e7d9923e_328x100.gif) 若在此時不進行向上轉換,則不會出現此類問題。但在許多情況下,都需要重新核實對象的準確類型,使自己能訪問那個類型的擴展方法。在后面的小節里,我們具體講述了這是如何實現的。 ## 7.8.2 向下轉換與運行期類型識別 由于我們在向上轉換(在繼承結構中向上移動)期間丟失了具體的類型信息,所以為了獲取具體的類型信息——亦即在分級結構中向下移動——我們必須使用 “向下轉換”技術。然而,我們知道一個向上轉換肯定是安全的;基類不可能再擁有一個比派生類更大的接口。因此,我們通過基類接口發送的每一條消息都肯定能夠接收到。但在進行向下轉換的時候,我們(舉個例子來說)并不真的知道一個幾何形狀實際是一個圓,它完全可能是一個三角形、方形或者其他形狀。 ![](https://box.kancloud.cn/4c74917b522f27d11b5e9cc7f4440599_310x276.gif) 為解決這個問題,必須有一種辦法能夠保證向下轉換正確進行。只有這樣,我們才不會冒然轉換成一種錯誤的類型,然后發出一條對象不可能收到的消息。這樣做是非常不安全的。 在某些語言中(如C++),為了進行保證“類型安全”的向下轉換,必須采取特殊的操作。但在Java中,所有轉換都會自動得到檢查和核實!所以即使我們只是進行一次普通的括弧轉換,進入運行期以后,仍然會毫無留情地對這個轉換進行檢查,保證它的確是我們希望的那種類型。如果不是,就會得到一個`ClassCastException`(類轉換異常)。在運行期間對類型進行檢查的行為叫作“運行期類型識別”(RTTI)。下面這個例子向大家演示了RTTI的行為: ``` //: RTTI.java // Downcasting & Run-Time Type // Identification (RTTI) import java.util.*; class Useful { public void f() {} public void g() {} } class MoreUseful extends Useful { public void f() {} public void g() {} public void u() {} public void v() {} public void w() {} } public class RTTI { public static void main(String[] args) { Useful[] x = { new Useful(), new MoreUseful() }; x[0].f(); x[1].g(); // Compile-time: method not found in Useful: //! x[1].u(); ((MoreUseful)x[1]).u(); // Downcast/RTTI ((MoreUseful)x[0]).u(); // Exception thrown } } ///:~ ``` 和在示意圖中一樣,`MoreUseful`(更有用的)對`Useful`(有用的)的接口進行了擴展。但由于它是繼承來的,所以也能向上轉換到一個`Useful`。我們可看到這會在對數組`x`(位于`main()`中)進行初始化的時候發生。由于數組中的兩個對象都屬于`Useful`類,所以可將`f()`和`g()`方法同時發給它們兩個。而且假如試圖調用`u()`(它只存在于`MoreUseful`),就會收到一條編譯期出錯提示。 若想訪問一個`MoreUseful`對象的擴展接口,可試著進行向下轉換。如果它是正確的類型,這一行動就會成功。否則,就會得到一個`ClassCastException`。我們不必為這個異常編寫任何特殊的代碼,因為它指出的是一個可能在程序中任何地方發生的一個編程錯誤。 RTTI的意義遠不僅僅反映在轉換處理上。例如,在試圖向下轉換之前,可通過一種方法了解自己處理的是什么類型。整個第11章都在講述Java運行期類型識別的方方面面。
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