這篇文章的主題並非鼓勵不使用繼承,而是僅從使用繼承帶來的問題出發,討論繼承機制不太好的地方,從而在使用時慎重選擇,避開可能遇到的坑。
JAVA中使用到繼承就會有兩個無法迴避的缺點:
- 打破了封裝性,子類依賴於超類的實現細節,和超類耦合。
- 超類更新後可能會導致錯誤。
繼承打破了封裝性
關於這一點,下面是一個詳細的例子(來源於Effective Java第16條)
public class MyHashSet<E> extends HashSet<E> {
private int addCount = 0;
public int getAddCount() {
return addCount;
}
@Override
public boolean add(E e) {
addCount++;
return super.add(e);
}
@Override
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
addCount += c.size();
return super.addAll(c);
}
}
這裏自定義了一個HashSet
,重寫了兩個方法,它和超類唯一的區別是加入了一個計數器,用來統計添加過多少個元素。
寫一個測試來測試這個新增的功能是否工作:
public class MyHashSetTest {
private MyHashSet<Integer> myHashSet = new MyHashSet<Integer>();
@Test
public void test() {
myHashSet.addAll(Arrays.asList(1,2,3));
System.out.println(myHashSet.getAddCount());
}
}
運行後會發現,加入了3個元素之後,計數器輸出的值是6。
進入到超類中的addAll()
方法就會發現出錯的原因:它內部調用的是add()
方法。所以在這個測試裏,進入子類的addAll()
方法時,數器加3,然後調用超類的addAll()
,超類的addAll()
又會調用子類的add()
三次,這時計數器又會再加三。
問題的根源
將這種情況抽象一下,可以發現出錯是因爲超類的可覆蓋的方法存在自用性(即超類裏可覆蓋的方法調用了別的可覆蓋的方法),這時候如果子類覆蓋了其中的一些方法,就可能導致錯誤。
比如上圖這種情況,Father
類裏有可覆蓋的方法A
和方法B
,並且A
調用了B
。子類Son
重寫了方法B
,這時候如果子類調用繼承來的方法A
,那麼方法A
調用的就不再是Father.B()
,而是子類中的方法Son.B()
。如果程序的正確性依賴於Father.B()
中的一些操作,而Son.B()
重寫了這些操作,那麼就很可能導致錯誤產生。
關鍵在於,子類的寫法很可能從表面上看來沒有問題,但是卻會出錯,這就迫使開發者去了解超類的實現細節,從而打破了面向對象的封裝性,因爲封裝性是要求隱藏實現細節的。更危險的是,錯誤不一定能輕易地被測出來,如果開發者不瞭解超類的實現細節就進行重寫,那麼可能就埋下了隱患。
超類更新時可能產生錯誤
這一點比較好理解,主要有以下幾種可能:
- 超類更改了已有方法的簽名。會導致編譯錯誤。
- 超類新增了方法:
- 和子類已有方法的簽名相同但返回類型不同,會導致編譯錯誤。
- 和子類的已有方法簽名相同,會導致子類無意中複寫,回到了第一種情況。
- 和子類無衝突,但可能會影響程序的正確性。比如子類中元素加入集合必須要滿足特定條件,這時候如果超類加入了一個無需檢測就可以直接將元素插入的方法,程序的正確性就受到了威脅。
設計可繼承的類
設計可以用來繼承的類時,應該注意:
- 對於存在自用性的可覆蓋方法,應該用文檔精確描述調用細節。
- 儘可能少的暴露受保護成員,否則會暴露太多實現細節。
- 構造器不應該調用任何可覆蓋的方法。
詳細解釋下第三點。它實際上和 繼承打破了封裝性 裏討論的問題很相似,假設有以下代碼:
public class Father {
public Father() {
someMethod();
}
public void someMethod() {
}
}
public class Son extends Father {
private Date date;
public Son() {
this.date = new Date();
}
@Override
public void someMethod() {
System.out.println("Time = " + date.getTime());
}
}
上述代碼在運行測試時就會拋出NullPointerException
:
public class SonTest {
private Son son = new Son();
@Test
public void test() {
son.someMethod();
}
}
因爲超類的構造函數會在子類的構造函數之前先運行,這裏超類的構造函數對someMethod()
有依賴,同時someMethod()
被重寫,所以超類的構造函數裏調用到的將是Son.someMethod()
,而這時候子類還沒被初始化,於是在運行到date.getTime()
時便拋出了空指針異常。
因此,如果在超類的構造函數裏對可覆蓋的方法有依賴,那麼在繼承時就可能會出錯。
結論
繼承有很多優點,但使用繼承時應該慎重並多加考慮。同樣用來實現代碼複用的還有複合,如果使用繼承和複合皆可(這是前提),那麼應該優先使用複合,因爲複合可以保持超類對實現細節的屏蔽,上述關於繼承的缺點都可以用複合來避免。這也是所謂的複合優先於繼承。
如果使用繼承,那麼應該留意重寫超類中存在自用性的可覆蓋方法可能會出錯,即使不進行重寫,超類更新時也可能會引入錯誤。同時也應該精心設計超類,對任何相互調用的可覆蓋方法提供詳細文檔。