物件導向設計之五 繼承與多態的危險性

繼承與多態的危險性

繼承與多態使物件導向的設計方法與傳統的軟體開發方式區別開來。然而濫用繼承也會將一些設計方案帶入無法實現的地步。

1 繼承的濫用

本節的目標是審查不同形式的錯誤的繼承，以避免在將用的工程項目中濫用繼承。

1.1 組合與繼承混用

混淆了is-a與has-a的關係，使用繼承將整體的多個部分整合在一起。

例如一架飛機是由機身、機翼、引擎等各部分組合的，而錯誤的將飛機繼承自機身、機翼、引擎。這樣在理解上就變成了，飛機同時是一種機身、一種機翼、一種引擎，這種理解當然是錯誤的。

 

1.2 繼承層次倒置

在對某些複雜的現實情況抽象模型時，混淆了一般和特殊，導致類型層次倒置。

例如在現實中，企業組織是僱員向經理負責，經理向董事會成員負責。如果以抽象時以這種組織層次關係來建立類的抽象層次，則會出現繼承層次倒置，例如經理派生自董事，而員工派生自經理。

 

1.3 混淆類與其執行個體

觀看下面的樣本：

觀察熊與熊貓的執行個體為單個動物，而瀕危動物的執行個體則是所有特種，因此這樣繼承下來之後則熊貓的執行個體也是瀕危動物的執行個體，熊貓盼盼代表了所有的瀕危特種，從is-a的角度並不合適。正確的表示方法為下面的類圖：

動物中包括了一個引用，指向一個特種執行個體的引用，熊貓和熊在初始化時將初始化各自合適的物種的執行個體，指向瀕危或非瀕危的執行個體。

1.4 誤用

現在有一個立方體的類，其實現了計算體積的方法，現在有一個房間類(room)，為了利用計算體積的方法，房間類繼承了立方體。但立方體的其他方法在房間上應用則是非法的，例如立方體的旋轉。同時從is-a的角度上來說，房間是一個立方體的執行個體，這與常理上也說不通，正確的說法是房間的空間形狀是立方體的。表示這種說法的類圖如所示：

這種使用另一類中代碼的技術叫做訊息轉寄(或者委託)，這種基於訊息轉寄的設計方法，可以用來替代繼承，但它並不使我們獲得所有繼承而來的操作，而要求我們逐條訊息的指定需求訪問其它類別的操作或屬性。

2 多態的危險性

多態的引入提高了物件導向設計的簡潔性，它允許多個類使用相同的名字來定義一個操作，也允許一個變數訪問多個類中的對象。因此多態性實際是讓作業環境自動選擇相應的操作來執行，而無需複雜的case語句。操作和變數均可能表現出性。

2.1 操作的多態性

操作op的多態區是定義了op操作的類的集合。如果類A及其繼承類都實現了op，且這些類構成了整個繼承層次圖的一個分支的多態區，稱其為一個多態錐，A為多態錐的頂點。繼承層次實現的也可能是一個不完整多態錐，因為某些類中沒有定義op操作。

 

2.2 變數的多態性

變數的多態性是指變數在不同時間可以指向不同類的對象。變數V的多態區是V指向的對象所屬類的集合。

例如在Java中基類對象可以引用不同的衍生類別的對象，而在python這種動態類型中一個變數可以隨時指向任何一個類型。

 

2.3 訊息中的多態性

訊息需要指明訊息的對象obj及執行的操作op，可以用obj.op表示。如前兩節所描述，操作和變數都具有多態區。如果設計的系統中，變數的多態區包含於操作的多態區中，則系統是安全的。反之，如果對象多態落在操作多態之外，則執行時就會出現問題。

 

2.4 多態性與一般性

一般性也稱謂參數化類或模板，參數化類也可能由於多態區衝突而引起執行階段錯誤。可以這麼說，在一般性的多態區，任何執行個體化的類都需要支援一般化多態區中的操作，否則就會出現執行階段錯誤。