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1.5 继承:重新使用接口

就其本身来说,对象的概念可为我们带来极大的便利。它在概念上允许我们将各式各样数据和功能封装到一起。这样便可恰当表达“问题空间”的概念,不用刻意遵照基础机器的表达方式。在程序设计语言中,这些概念则反映为具体的数据类型(使用class关键字)。

我们费尽心思做出一种数据类型后,假如不得不又新建一种类型,令其实现大致相同的功能,那会是一件非常令人灰心的事情。但若能利用现成的数据类型,对其进行“克隆”,再根据情况进行添加和修改,情况就显得理想多了。“继承”正是针对这个目标而设计的。但继承并不完全等价于克隆。在继承过程中,若原始类(正式名称叫作基础类、超类或父类)发生了变化,修改过的“克隆”类(正式名称叫作继承类或者子类)也会反映出这种变化。在Java语言中,继承是通过extends关键字实现的 使用继承时,相当于创建了一个新类。这个新类不仅包含了现有类型的所有成员(尽管private成员被隐藏起来,且不能访问),但更重要的是,它复制了基础类的接口。也就是说,可向基础类的对象发送的所有消息亦可原样发给衍生类的对象。根据可以发送的消息,我们能知道类的类型。这意味着衍生类具有与基础类相同的类型!为真正理解面向对象程序设计的含义,首先必须认识到这种类型的等价关系。

由于基础类和衍生类具有相同的接口,所以那个接口必须进行特殊的设计。也就是说,对象接收到一条特定的消息后,必须有一个“方法”能够执行。若只是简单地继承一个类,并不做其他任何事情,来自基础类接口的方法就会直接照搬到衍生类。这意味着衍生类的对象不仅有相同的类型,也有同样的行为,这一后果通常是我们不愿见到的。

有两种做法可将新得的衍生类与原来的基础类区分开。第一种做法十分简单:为衍生类添加新函数(功能)。这些新函数并非基础类接口的一部分。进行这种处理时,一般都是意识到基础类不能满足我们的要求,所以需要添加更多的函数。这是一种最简单、最基本的继承用法,大多数时候都可完美地解决我们的问题。然而,事先还是要仔细调查自己的基础类是否真的需要这些额外的函数。

1.5.1 改善基础类

尽管extends关键字暗示着我们要为接口“扩展”新功能,但实情并非肯定如此。为区分我们的新类,第二个办法是改变基础类一个现有函数的行为。我们将其称作“改善”那个函数。

为改善一个函数,只需为衍生类的函数建立一个新定义即可。我们的目标是:“尽管使用的函数接口未变,但它的新版本具有不同的表现”。

1.5.2 等价与类似关系

针对继承可能会产生这样的一个争论:继承只能改善原基础类的函数吗?若答案是肯定的,则衍生类型就是与基础类完全相同的类型,因为都拥有完全相同的接口。这样造成的结果就是:我们完全能够将衍生类的一个对象换成基础类的一个对象!可将其想象成一种“纯替换”。在某种意义上,这是进行继承的一种理想方式。此时,我们通常认为基础类和衍生类之间存在一种“等价”关系——因为我们可以理直气壮地说:“圆就是一种几何形状”。为了对继承进行测试,一个办法就是看看自己是否能把它们套入这种“等价”关系中,看看是否有意义。

但在许多时候,我们必须为衍生类型加入新的接口元素。所以不仅扩展了接口,也创建了一种新类型。这种新类型仍可替换成基础类型,但这种替换并不是完美的,因为不可在基础类里访问新函数。我们将其称作“类似”关系;新类型拥有旧类型的接口,但也包含了其他函数,所以不能说它们是完全等价的。举个例子来说,让我们考虑一下制冷机的情况。假定我们的房间连好了用于制冷的各种控制器;也就是说,我们已拥有必要的“接口”来控制制冷。现在假设机器出了故障,我们把它换成一台新型的冷、热两用空调,冬天和夏天均可使用。冷、热空调“类似”制冷机,但能做更多的事情。由于我们的房间只安装了控制制冷的设备,所以它们只限于同新机器的制冷部分打交道。新机器的接口已得到了扩展,但现有的系统并不知道除原始接口以外的任何东西。

认识了等价与类似的区别后,再进行替换时就会有把握得多。尽管大多数时候“纯替换”已经足够,但您会发现在某些情况下,仍然有明显的理由需要在衍生类的基础上增添新功能。通过前面对这两种情况的讨论,相信大家已心中有数该如何做。