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Oct 29, 2012 - 1 minute read - Comments

面对对象的吐槽——类型之殇

继承之殇

讲继承问题,我们首先得定义什么是继承(inherit),他是用来干吗的。

所谓继承,就是当两种实体,满足其中一种必然全部都满足另一种的定义(is a)。一旦构成继承,可以带来以下好处(简单起见,我们直接就管这俩实体一个叫派生类一个叫父类):

  1. 派生类具备父类所有已经实现的方法,毋须再实现一遍——除非需要重写(override)。
  2. 派生类可以当作父类使用,凡是使用父类的地方给与派生类也对。

继承的最主要作用,是用于复用(reuse)。

内涵和外延

形式逻辑里面有一句话,内涵越大,外延越小。在继承上,如果我们严格按照定义来做,会发生很反人类的事情。因为类的定义是依赖于内涵的,

我们还是看平行四边形,长方形和正方形的例子。我们用两边长度,夹角来定义平行四边形。然后如何定义长方形?夹角为pi/2。然后如何定义正方形?两边长度相当。

不知道你是否看出了问题。是的,按照正统来定义,数据的约束只会越来越多。因为派生类必须是(ISA)父类,因此父类的约束必须全部满足。我们接着上面的例子,我们为平行四边形定义一个方法,设定夹角大小。那么在长方形中,这个方法如何处理?一旦用户调用方法设定夹角大小,必然会破坏长方形定义,因此这个方法只能重写抛错。

为什么?从逻辑的本源来说,平行四边形是“两组对边分别平行”,并没有说夹角的事情。到长方形的时候才说,长方形是夹角为90度的平行四边形。显然,长方形是不能设定夹角的。因此,我们要么承认,不是每个平行四边形都可以设定夹角的,例如长方形不行。要么承认,每个平行四边形都可以设定夹角,长方形不是平行四边形。显然,后者违背逻辑,我们只能得出结论,不是每个平行四边形都可以设定夹角

同样,正方形的例子也说明,不是每个平行四边形都可以设定两个分离的边长。如果以此标准来定义类,那么必然得到的是正确而无用的逻辑玩具。平行四边形没有夹角,我们就不能定义面积计算的函数,也不能——基本什么都不可以。更过分的是,我们还不能定义两个分离的边长,因为定义并没有告诉我们,边长一定不等。照此下去,我们除了一个空空荡荡的“平行四边形”这个名字外,什么都定义不下去。

为了解决这个问题,实践中,我们采取的都是,平行四边形是可以设定夹角的,然后对特例做抛错处理。这其实在本质上就违背了继承的原初意义。

继承和聚合

继承的另一个容易混淆的地方,就是分不清继承和聚合。

其实从逻辑上说。继承和聚合根本就不是一回事情。例如你有(have a)一条狗,你可以让狗做任何狗可以做的事情,例如追猎物。我们可以说,你可以做的事情和狗没有区别,所以——你就是(ISA)一条狗?!

傻子都不会弄错其中的区别!

我们说,如果一个东西看起来像鸭子,叫起来像鸭子,走起路来像鸭子,我们就可以当他是一只鸭子,说的是弱类型语言。而且我们只能认为,我们不知道那个东西是什么(这是弱类型的特点),总之可以当他是一只鸭子用。但是这不代表那个东西就是一只鸭子,他也可以是鸭子的代理人,或者拥有一只鸭子。在静态类型语言中,为了复用就不管三七二十一,直接声明PNG图像是一种BMP图像的——这绝对是逻辑上错误的行为。

然而,你自己数数你在代码里面犯过多少次错?

多重继承

继承本身的问题我们先不说,我们再说一个很常见的问题——多重继承。

既然我们说,只要一种满足ISA谓词判定,就可以认为是继承。那么理论上,我们就不能否决双重继承。例如我们定义了平行四边形,又定义了中心对称图形。那么长方形就同时是(ISA)这两者。从逻辑关系上,我们说长方形可以合法的继承两者。

但是如果我们真的在程序内设定将长方形继承两者,马上会引起一连串的问题。

当多重继承发生冲突时

首先第一个是继承冲突。即当两个父类都具备同一个方法的时候,对派生类做方法调用会发生什么行为?

  1. 肯定不能只调用一个,这会因此另一个父类的方法间发生内在不一致。这违背了继承的好处2。
  2. 也不能两个都调用。两者的先后次序可能引发逻辑问题,因此先调用谁都是错误的。而且函数还有返回值问题——你返回谁的返回值呢?如果多值返回合并,这和函数原始的定义又发生了悖离,从而又违背了继承的好处2。
  3. 因此,我们只能宣布这是个错误。
  4. 既然是个错误,鉴于类间函数可能存在的内在联系,其他继承的函数也未必能够正常使用。

你看,明明是合法的多重继承,居然造成了不可复用的结果。这就是继承冲突。

菱形继承

如果说继承冲突还是一个比较好考虑的问题的话,菱形继承就是一个让人吐血的东西了。

所谓菱形继承,就是两个父类继承同一个基类。在这种情况下,对父类的调用会间接转到基类上。那么,基类的函数会调用几次呢?

继承冲突的几种解法

  1. 所有冲突的函数,父类必须都无实现。
  2. 不得多重继承。这是很扯淡的,不过也是大多数时候的做法。我的编程指南之一就是——在C++中,任何时候都不要使用多重继承。
  3. 使用其中一者。python是个典型的使用其中一者的例子,具体使用的按照继承编写顺序展开成MRO次序决定。然而这直接违背了继承类是(ISA)父类的定义。因此不要以为在python中,继承后总是没问题的。有的时候可能会出现继承后不能正常工作的情况。
  4. 强制用户解决。要求用户必须人工定义函数,解决继承冲突的问题。从逻辑上说,如果用户定义的函数可以同时兼容于两个父类,就可以彻底化解多重继承冲突问题。然而杯具的是,很多时候在逻辑上,继承冲突是无解的。

区分接口和继承

父类没有实现冲突的函数,那么派生类中就不必纠结于调用谁的问题了。但是这引发了另一个问题——这就无法复用了。作为这一解法的极限,java不允许多重继承——除非继承的父类都是没有实现的类。这其实不是继承,而是实现(implement)接口(interface)。

接口编程是一个很有道理的东西,COM里面大量着重于接口。但是接口也有自己扯淡的地方——接口是一个编写期的东西,他最大的用途就是编译期类型检查。接口并不能复用(reuse)代码。如果你有一个接口,叫做平行四边形。里面有个方法,用于计算平行四边形面积。然后你实现了长方形和正方形——那么杯具来了,你需要在两个里面通通实现一遍这个方法,即使他们基本没区别。

当然,接口本身的好坏各有评价。你看,接口的唯一作用,就是声明类提供了某些函数。当我们对方法传入一个新的类的时候,我们必须将新的类也实现一下接口——哪怕这个类其实已经实现了这些方法。只要不实现接口,方法就不认可。这是强制编译器类型检查(静态类型语言)的基础。因此一般来说,静态类型语言,使用接口。动态类型语言,duck typing。

Tags: c java program

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