为什么extends是有害的（二）

最新推荐文章于 2025-12-17 11:20:50 发布

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博客围绕脆弱基类问题展开，以Stack类为例，指出继承可能导致派生类运行异常。提出用接口继承替代实现继承，可使代码更健壮、灵活，还以MFC和Java包为例说明不同编程方式的优劣，最后强调应多用接口编程。

[/接上一篇]
有一天，有人也许运行这个代码并且注意到Stack没有运行的如想象的那么快，并且能够在重负荷下使用。你能够重写Stack，以至于它不用ArrayList并且继续提高Stack的效率。这是新的倾向的和有意义的版本：
[/代码]
class Stack
{
     private int stack_pointer = -1;
     private Object[] stack = new Object[1000];

     public void push( Object article )
{
         assert stack_pointer < stack.length;

         stack[ ++stack_pointer ] = article;
      }

      public Object pop()
      {
           assert stack_pointer >= 0;
           return stack[ stack_pointer-- ];
       }

       public void push_many( Object[] articles )
       {
           assert ( stack_pointer + articles.length ) < stack.length;

           System.arraycopy( articles, 0, stack, stack_pointer + 1, articles.length );
           Stack_pointer += articles.length;
       }
}
[/代码]

注意到push_many不再多次调用push()—它做块传输。新的Stack运行正常；事实上，比前一个版本更好。不幸的是，派生类Monitorable_stack不再运行，因为如果push_many()被调用，它不正确的跟踪堆栈的使用（push()的派生类版本不再通过继承的push_many()方法调用，所以push_many()不再更新high_water_mark）。Stack是一个脆弱的类。与关闭它一样，事实上不可能通过小心来消灭这些类型的错误。

注意如果你用接口继承，你就没有这个问题，因为你没有继承对你有害的函数。如果Stack是接口，由Simple_stack和Monitorable_stack实现，那么代码就是更加健壮的。

我提供了一个基于接口的方法在Listing 0.1。这个解决方法和继承实现的方法一样的灵活：你能够用Stack抽象术语来写代码而不必担心你事实上在操作那种具体的堆栈。因为两个实现必须提供公共接口的所有东西，它很难使事情变糟。我仍然有和写基类的代码一样的只写一次，因为我用封装而不是继承。在底层，我不得不通过封装类中的琐碎的访问器方法来访问缺省的实现。（例如，Monitorable_Stack.push(…)(在41行)不得不调用在Simple_stack等价的方法）.程序员埋怨写所有这些行，但是写这特别行代码同消除重要的潜在bug是非常小的成本。

[/代码]
Listing 0.1. 用接口消除脆弱基类

   1| import java.util.*;
   2|
   3| interface Stack
   4| {
   5|     void push( Object o );
   6|     Object pop();
   7|     void push_many( Object[] source );
   8| }
   9|
  10| class Simple_stack implements Stack
  11| {   private int stack_pointer = -1;
  12|     private Object[] stack = new Object[1000];
  13|
  14|     public void push( Object o )
  15|     {   assert stack_pointer < stack.length;
  16|
  17|         stack[ ++stack_pointer ] = o;
  18|     }
  19|
  20|     public Object pop()
  21|     {   assert stack_pointer >= 0;
  22|
  23|         return stack[ stack_pointer-- ];
  24|     }
  25|
  26|     public void push_many( Object[] source )
  27|     {   assert (stack_pointer + source.length) < stack.length;
  28|
  29|         System.arraycopy(source,0,stack,stack_pointer+1,source.length);
  30|         stack_pointer += source.length;
  31|     }
  32| }
  33|
  34|
  35| class Monitorable_Stack implements Stack
  36| {
  37|     private int high_water_mark = 0;
  38|     private int current_size;
  39|     Simple_stack stack = new Simple_stack();
  40|
  41|     public void push( Object o )
  42|     {   if( ++current_size > high_water_mark )
  43|             high_water_mark = current_size;
  44|         stack.push(o);
  45|     }
  46|
  47|     public Object pop()
  48|     {   --current_size;
  49|         return stack.pop();
  50|     }
  51|
  52|     public void push_many( Object[] source )
  53|     {
  54|         if( current_size + source.length > high_water_mark )
  55|             high_water_mark = current_size + source.length;
  56|
  57|         stack.push_many( source );
  58|     }
  59|
  60|     public int maximum_size()
  61|     {   return high_water_mark;
  62|     }
  63| }
  64|
[/代码]

没有提到基于框架编程，那使对于脆弱的基类的讨论是不完整的。诸如Microsoft Foundation Classes（MFC）的基类已经成为建立类库的流行途径。尽管MFC本身正在神圣的隐退，但是MFC的基口已经是根深蒂固，而这无关于Microsoft在那终止，程序员会一直认为Microsoft的方法是最好的方法。

一个基于框架的系统典型的使用半成品的类的构成库开始，这些类不做任何需要做的事，而是依赖于派生类来提供需要的功能。在Java中，一个好的例子就是组件的paint()方法，它是一个有效的占位者；一个派生类必须提供真正的版本。

你能够适度的多国一些东西，但是一个基于定制的派生类的完整的类框架是非常脆弱的。基类是太脆弱了。当我们用MFC编程时，每次Microsoft公布新版本时，我不得不重写我的应用。这些代码将经常编译，但是由于一些基类的改变，它们不能运行。

所有提供的Java包工作的非常好。为了使它们运行，你不需要扩展任何东西。这个已经提供的结构比派生类的框架结构更好。它容易维护和使用，并且如果Sun Microsystems提供的类改变了它的实现，也不会使你的代码处在危险中。

总结脆弱基类
一般，最好避开具体基础类和extends关系，而用接口和implements关系。我的处理规则是，在我的至少80%的代码中完全用接口来完成。例如，我从不用对HashMap的引用；我用对Map接口的引用。（我对interface这个字不是严格的。当你看怎样用接口的时候，InputStream是一个好的接口，尽管它在Java中是作为抽象类来实现的。）

你增加的越抽象，就越灵活。在今天的商业环境下，需求随着程序开发而改变，灵活就是最主要的。而且灵敏编程中的大多数只有代码使用抽象来写才会很好的运行。

如果你近距离的检查四人帮的模式，你将看到这些模式中的很多是提供方法消除实现继承，而最好用接口继承，并且大多数模式的共有特征是用接口继承。这个重要事实是我们开始时提到的：模式是发现而不是发明。模式的出现是当你发现写得很好，易维护的运行代码时。它讲的是这些写得好的，易维护的代码根本的避开了实现继承。

这个文章是从我即将出版的书，暂时命名为《Holub on Patterns:Learning Design Patterns by Looking at Code》，将有Apress在今年秋季出版。

关于作者
Allen Holub从1979年就在计算机工业中工作。当前，他作为一个顾问，在公司的执行、培训和设计编码的服务中提供建议，使公司节省在软件中的成本。它已经出版的了8本书，包括《Taming Java Thread》(Apress, 2000)和《Compiler Design in C》（Pearson Higher Education,1990），并且在加州大学伯克利分校讲课。在他的网站，你会发现更多的信息。（ http://www.holub.com）