8.5 继承和组合的抉择
面向对象设计实践指南：Ruby语言描述
请记住，经典继承是一种代码编排技术。行为分散在对象里面，而对象被组织成类关系，以便消息可以自动委托调用正确的行为。这个问题可以按这样一种方式来考虑：就某个层次结构里的对象编排成本而言，消息委托是免费的。
组合是将这些“利与弊”颠倒过来的另一种选择。在组合里，对象之间的关系并没有体现在类层次结构里。相反，对象独立存在。其结果就是，必须明确地了解消息，并将它们委托给另一个对象。组合支持对象之间的结构独立性，其代价是需要显式地进行消息委托。
既然对继承和组合的示例都已有所了解，那么现在可以开始考虑一下何时使用它们的问题。一般的规则是，如果所面对的问题能用组合技术解决，那么你应该倾向于这样做。如果你无法明确保证继承是一种更好的解决方案，那么请使用组合。组合比继承包含了更少的内建依赖关系，因此它常是最佳选择。
当继承能带来低风险和高回报的效果时，它则是更好的解决方案。本节会分析继承与组合的利与弊，并为选择最佳关系提供指导。
8.5.1 接受继承带来的后果
想要对使用继承做出明智的选择，需要清楚地理解它的利与弊。
1．继承的利
第2章列出了四个代码目标：代码应该满足透明、合理、可用和典范这四点要求。如果使用得当，继承在第二、第三和第四这三个目标方面表现突出。
定义在继承层次结构顶部附近的方法有着广泛的影响，因为层次结构的高度就像是一根让其影响力倍增的杠杆。对这些方法进行更改会触动到这棵继承树的下端。因此，正确建模的层次结构具有合理性。行为上的大变化可以通过代码的小改动来实现。
使用继承的代码可以用“开-闭”原则来描述。层次结构对扩展来说是开放的，而对修改则保持关闭。将新的子类添加到现有的层次结构时，不需要修改已有的代码。因此，这种层次结构具有可用性。你可以轻易地创建出新的子类以适应新的变化。
正确编写的层次结构易于扩展。这种层次结构体现了抽象，并且每一个新子类都会插入一点具体的差异。现有的模式很容易遵从，并且对于任何负责创建新子类的程序员来说，他们会很自然地选择重复这种模式。因此，这种层次结构具有典范性。从本质说，它们为编写扩展代码提供了指导。
你不用为了弄明白使用继承来组织代码的价值，而过多地追究面向对象语言自身的起源。在Ruby里，Numeric类是一个很好的示例。Integer和Float都构建为Numeric的子类。这恰恰就是“是一个”关系。整数和浮点数本质上都是数字。让这两个类共享同一个抽象是最节省成本的代码组织方式。
2．继承的弊
继承让人担心的地方分为两种。第一种担心，你可能因上当受骗，而选择继承来解决错误的问题。如果你犯了这种错误，那么某一天便会出现这样的情况：你需要添加行为，但却发现难以实现。由于该模型不正确，因此这个新行为也不适合。这种情况下，你不得不复制或重组代码。
第二种担心，即使继承对这个问题很有意义，但有可能你正编写的代码会被其他人用于你完全不曾预料到的目的。这些程序员都很想得到你已经创建的行为，但可能无法容忍这个继承所要求的依赖关系。
上一节讲的是继承的好处，它很小心地将其断言限定为只针对“正确建模的层次结构”。将合理性、可用性和模范性设定为具有双面性。好处这一面代表了继承所带来的美妙收获。如果将继承应用到一个不适合的问题，那么你会得到相反的结果，并会遭受同等效果的伤害。
合理性的反面：在错误建模的层次结构的顶层附近，更改所带来的成本极高。在这种情况下，杠杆效应就会发生在与你不利的那一面：很小的更改也会毁掉一切。
可用性的反面：当新子类表示的是混合类型时，很难实现行为的添加。第6章里的那个Bicycle层次结构便无法满足添加卧式山地自行车的需要。这个层次结构已经包含了MountainBike和RecumbentBike子类。在目前已有的这个层次结构里，将这两个类的特点结合成一个单一对象是不可能的。如果不进行更改，你无法重用现有的行为。
典范性的反面：当新手程序员试图对错误建模的层次结构进行扩展时，会引发混乱。这些有缺陷的层次结构不应被扩展，它们需要进行重构，但新手们通常没有能力这样做。新手们都会被迫复制现有的代码或添加对名称的依赖关系，而这两种做法都会加剧已有的设计问题。
因此，继承是一个“当我出错时，会发生什么呢？”这一问题显得特别重要的地方。很明显，继承伴随有深层嵌套的依赖关系集。子类不仅依赖于其父类里定义的方法，还会依赖于发送给父类的那些消息的自动委托。这是经典继承的最大的优点和最大的缺点。在这个层次结构里，子类与位于它们之上的那些类，以一种无法更改和故意的方式绑定在一起。这时内建依赖关系会放大更改父类所带来的影响。代码里的细微改动便会引发行为方面的巨大而又广泛的更改。
不管怎样，无论你是否会对此感到过后悔，这就是事实。
最后，选择使用继承也应顾及对代码使用人群的期望。如果你正在一个熟悉领域编写内部使用的应用程序代码，那么可能会对未来的预测很准确，并且坚信：对于你的设计问题，继承就是一个低成本的解决方案。当你编写面向大众的代码时，你的预测能力需要下调，而要求将继承作为接口部分的适宜性也会打折扣。
请避免编写出这样的框架：为了让用户获得代码的行为，而要求用户以子类方式继承对象。它们的应用程序对象有可能已被编排在某个层次结构里，而继承你的框架则可能无法实现。
8.5.2 接受组合带来的后果
使用组合构建的对象，与使用继承构建的对象存在两个方面的差别。组合对象不依赖于具体的类层次结构，它们只是委托自己的消息。这些差异带来了不同的“利与弊”集合。
1．组合的利
当使用组合时，自然趋势是会创建出许多包含简单责任的小对象，它们可通过明确定义的接口进行访问。以第2章的代码目标来衡量，这些组合良好的对象表现特别突出。
这些小对象都有一个单一职责，并且特定了它们自己的行为。它们都具有透明性：代码易于理解，并且如果有变化发生，所发生的事情也很明显。另外，组合对象独立于层次结构所代表的含义是：它继承了很少的代码。因此，它通常不会遭遇这种痛苦：当更改层次结构中位于它之上的类时，会产生副作用。
因为组合对象是通过接口来处理它们的部分，所以添加新类型的单个部分是简单的事情，只需插入一个遵从该接口的新对象即可。从组合对象的角度来看，添加一个已有部分的新变体是合理的，并且不需要更改其代码。
从本质上讲，参与组合的那些对象都很小，它们在结构上都是独立的，并且有着定义良好的接口。这使它们能够无缝地转换为可插入、可互换的组件。因此，在新的和意想不到的环境里，精心组合的对象更易于使用。
就好的一面而言，组合让构建在简单、可插拔对象上的应用程序易于扩展，且对变化有很高的容忍度。
2．组合的弊
与生活中的大部分事情一样，组合的长处也是其弱点。
一个组合对象依赖于许多部分。即使每个部分都很小且易于理解，但整个组合操作可能没那么明显。尽管每个部分可能确实是透明的，但并不能保证整体也是。
要获得结构性独立的好处，需要以消息自动委托为代价。组合对象必须明确地知道哪条消息需要委托给谁。相同的委托代码可以被许多不同的对象所利用，但组合无法提供这种共享代码的方式。
通过这些利与弊的分析可以看到，在将多个部分装配对象的规则方面，组合表现很优秀。但在对那些几乎完全相同的部分所构成的集合进行代码编排时，会遇到问题。它对此无法提供更多的帮助。
8.5.3 选择关系
经典继承（第6章）、通过模块的行为共享（第7章）和组合，它们每一个都是其所要解决的那个问题的完美解决方案。降低应用程序成本的诀窍在于将每一项技术都应用于正确的问题。
某些面向对象设计大师给出的建议是使用继承和组合。
“继承就是特殊化。”——Bertrand Meyer的《Touch of Class: Learning to Program Well with Objects and Contracts》
“当你要大量使用旧代码并添加相对少量的新代码时，继承是最适合用于完成往现有类进行功能性添加的操作。”——Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson和John Vlissides的《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》
“当行为远超过其部分的总和时，请使用组合。”——Grady Booch的《Object-Oriented Analysis and Design》
1．将继承用于“是什么”关系
当选择继承而不选择组合时，你所下的赌注是希望积累的好处会因此超过成本。有些赌注可能相对更易偿还。有些真实世界的对象会很自然地进入到静态的、异常明显的特殊化层次结构，对于少量的这类对象可以使用经典继承来建模。
假设有一个自行车比赛游戏。玩家通过“购买”零件来组装他们的自行车。在可购买的零件中，有一种叫减震器（shock）。这个游戏总计提供了六种几乎一样的减震器，每一种都只是在价格和行为上稍微有些不同。
所有这些减震器都还是减震器。而“减震性”是其核心特性。减震器只存在于原子范畴。在减震器的各种变体之间，其相似程度远大于它们的差异程度。对于任何一种变体，你所能造出的最准确和最具有描述性的句子是：它“就是一个”减震器。
继承非常适合于这类问题。减震器可以被建模成一个浅窄的层次结构。层次结构的小尺寸让它更容易理解，意图也更明显，且易于扩展。因为这些对象符合成功使用继承的标准，因此犯错的风险很低。即使你在不太可能的情况下犯了错，改变想法所带来的成本也会很低。你可以在既获得继承好处的同时，又让自己少担风险。
就本章的示例而言，每种不同的减震器都在扮演Part的角色。它从其抽象父类Shock那里继承了公共的减震器行为，以及Part角色。PartsFactory当前假定每一个零件都由Part的OpenStruct表示，但你可以轻易地扩展零件配置数组，从而为特定的减震器提供类名。因为你已将Part当作是一个接口，所以很容易于插入新类型的零件，即使这个零件使用了继承来获得某一些行为，也一样可以插入。
如果需求发生了变化，如爆炸式地出现了各种减震器，那么这时需要重新评估这个设计决策。也许它仍然可用，也许已不可用。如果对一大堆新的减震器进行建模需要大幅扩展这个层次结构，或者如果这些新的减震器无法方便地与现有代码相融合，那么请在此时重新考虑其他的选择。
2．将鸭子类型用于“表现得像什么”关系
有些问题需要许多不同的对象扮演一个公共的角色。除了这些对象的核心职责以外，它们还可以扮演像schedulable、preparable、printable或persistable这样的角色。
有两种关键的方法可用于识别出存在的角色。第一种方法，尽管某个对象扮演了这个角色，但它不是该对象的主要职责。一辆自行车可以“表现得像一辆”可调度的自行车，但它“就是一辆”自行车。第二种方法，需求很宽泛。如有很多原本不相关的对象，它们都期望扮演同一个角色。
最有启发性的思考角色的方式是：从外部，以角色扮演者的承载者视角，而非以角色扮演者的视角来进行思考。一个schedulable的承载者会希望它实现Schedulable的接口，并且遵从Schedulable的契约。所有的schedulable都类似，因为它们都必须满足这些期望。
你的设计任务是将存在的角色识别出来，定义其鸭子类型的接口，并为每一位可能的扮演者提供此接口的实现。有些角色只由它们的接口构成，而其他的角色则需要共享公共的行为。在一个Ruby模块里定义这种公共的行为，让多个对象不用复制代码即可扮演这个角色。
3．将组合用于“有什么”关系
许多对象都包含了大量的单个部分，但它们远大于这些单个部分的总和。例如，Bicycle“有一个”Parts，但自行车自身却包含了更多的内容。除拥有其零件的行为外，它还拥有不同于零件的行为。假设当前对这个自行车示例有需求，那么最划算的构建Bicycle对象模型的方法是利用组合。
“是什么”和“有什么”的区别，是决定继承和组合的核心问题。一个对象的部分越多，它越有可能应该使用组合来建模。向下细分单个部分的程度越深，你越有可能发现拥有多种特定变体的特定部分，从而有更好的理由选择继承。对于每一个问题，都需要衡量各种可选设计技术的利与弊，并使用你的判断力和经验来做出最好的选择。
本文仅用于学习和交流目的，不代表异步社区观点。非商业转载请注明作译者、出处，并保留本文的原始链接。