面向对象之代码复用规则

 代码复用是绝大多数程序员所期望的，也是OO的目标之一。总结我多年的编码经验，为了使代码能够最大程度上复用，应该特别注意以下几个方面。

1、 对接口编程
 
　　"对接口编程"是面向对象设计（OOD）的 第一个基本原则。它的含义是：使用接口和同类型的组件通讯，即，对于所有完成相同功能的组件，应该抽象出一个接口，它们都实现该接口。具体到JAVA中， 可以是接口（interface），或者是抽象类（abstract class），所有完成相同功能的组件都实现该接口，或者从该抽象类继承。我们的客户代码只应该和该接口通讯，这样，当我们需要用其它组件完成任务时，只 需要替换该接口的实现，而我们代码的其它部分不需要改变！

　　当现有的组件不能满足要求时，我们可以创建新的组件，实现该接口，或者，直接对现有的组件进行扩展，由子类去完成扩展的功能。

2、 优先使用对象组合，而不是类继承
 
　　"优先使用对象组合，而不是类继承"是面向对象设计的第二个原则。并不是说继承不重要，而是因为每个学习OOP的人都知道OO的基本特性之一就是继承，以至于继承已经被滥用了，而对象组合技术往往被忽视了。下面分析继承和组合的优缺点：

　　类继承允许你根据其他类的实现来定义一个类的实现。这种通过生成子类的复用通常被称为白箱复用(white-box reuse)。术语"白箱"是相对可视性而言：在继承方式中，父类的内部细节对子类可见。

　　对象组合是类继承之外的另一种复用选择。新的更复杂的功能可以通过组合对象来获得。对象组合要求对象具有良好定义的接口。这种复用风格被称为黑箱复用(black-box reuse)，因为被组合的对象的内部细节是不可见的。对象只以"黑箱"的形式出现。

　　继承和组合各有优缺点。类继承是在编译时刻静态定义的，且可直接使用，类继承可以较方便地改变父类的实现。但是类继 承也有一些不足之处。首先，因为继承在编译时刻就定义了，所以无法在运行时刻改变从父类继承的实现。更糟的是，父类通常至少定义了子类的部分行为，父类的 任何改变都可能影响子类的行为。如果继承下来的实现不适合解决新的问题，则父类必须重写或被其他更适合的类替换。这种依赖关系限制了灵活性并最终限制了复 用性。

　　对象组合是通过获得对其他对象的引用而在运行时刻动态定义的。由于组合要求对象具有良好定义的接口，而且，对象只能 通过接口访问，所以我们并不破坏封装性；只要类型一致，运行时刻还可以用一个对象来替代另一个对象；更进一步，因为对象的实现是基于接口写的，所以实现上 存在较少的依赖关系。

　　优先使用对象组合有助于你保持每个类被封装，并且只集中完成单个任务。这样类和类继承层次会保持较小规模，并且不太 可能增长为不可控制的庞然大物（这正是滥用继承的后果）。另一方面，基于对象组合的设计会有更多的对象(但只有较少的类)，且系统的行为将依赖于对象间的 关系而不是被定义在某个类中。

　　注意：理想情况下，我们不用为获得复用而去创建新的组件，只需要使用对象组合技术，通过组装已有的组件就能获得需要 的功能。但是事实很少如此，因为可用的组件集合并不丰富。使用继承的复用使得创建新的组件要比组装已有的组件来得容易。这样，继承和对象组合常一起使用。 然而，正如前面所说，千万不要滥用继承而忽视了对象组合技术。

　　相关的设计模式有：Bridge、Composite、Decorator、Observer、Strategy等。

　　下面的例子演示了这个规则，它的前提是：我们对同一个数据结构，需要以任意的格式输出。

　　第一个例子，我们使用基于继承的框架，可以看到，它很难维护和扩展。
　　abstract class AbstractExampleDocument
　　{
　　　// skip some code ...
　　　　public void output(Example structure)
　　　　{
　　　　　if( null != structure )
　　　　　　{
　　　　　　　this.format( structure );
　　　　　　}
　　　　}
　　　　protected void format(Example structure);
　　}

 

　　第二个例子，我们使用基于对象组合技术的框架，每个对象的任务都清楚的分离开来，我们可以替换、扩展格式类，而不用考虑其它的任何事情。
　　class DefaultExampleDocument
　　{
　　　// skip some code ...
　　　public void output(Example structure)
　　　{
　　　　　ExampleFormatter formatter =
　　　　　(ExampleFormatter) manager.lookup(Roles.FORMATTER);
　　　　　if( null != structure )
　　　　　{
　　　　　　　formatter.format(structure);
　　　　　}
　　　}
　　}

　　这里，用到了类似于"抽象工厂"的组件创建模式，它将组件的创建过程交给manager来完成；ExampleFormatter是所有格式的抽象父类；

3、 将可变的部分和不可变的部分分离
 
　　"将可变的部分和不可 变的部分分离"是面向对象设计的第三个原则。如果使用继承的复用技术，我们可以在抽象基类中定义好不可变的部分，而由其子类去具体实现可变的部分，不可变 的部分不需要重复定义，而且便于维护。如果使用对象组合的复用技术，我们可以定义好不可变的部分，而可变的部分可以由不同的组件实现，根据需要，在运行时 动态配置。这样，我们就有更多的时间关注可变的部分。

　　对于对象组合技术而言，每个组件只完成相对较小的功能，相互之间耦合比较松散，复用率较高，通过组合，就能获得新的功能。

4、 减少方法的长度
 
　　通常，我们的方法应该只有尽量少的几行，太长的方法会难以理解，而且，如果方法太长，则应该重新设计。对此，可以总结为以下原则：

三十秒原则：
　　如果另一个程序员无法在三十秒之内了解你的函数做了什么（What），如何做(How)以及为什么要这样做(Why)，那就说明你的代码是难以维护的，必须得到提高；
一屏原则：
如果一个函数的代码长度超过一个屏幕，那么或许这个函数太长了，应该拆分成更小的子函数；
一行代码尽量简短，并且保证一行代码只做一件事

那种看似技巧性的冗长代码只会增加代码维护的难度。

5、 消除case / if语句
 
　　要尽量避免在代码中出现判 断语句，来测试一个对象是否某个特定类的实例。通常，如果你需要这么做，那么，重新设计可能会有所帮助。我在工作中遇到这样的一个问题：我们在使用 JAVA做XML解析时，对每个标签映射了一个JAVA类，采用SAX（简单的XML接口API：Simple API for XML）模型。结果，代码中反复出现了大量的判断语句，来测试当前的标签类型。为此，我们重新设计了DTD（文档类型定义：Document Type Definition），为每个标签增加了一个固定的属性：classname，而且重新设计了每个标签映射的JAVA类的接口，统一了每个对象的操作： addElement(Element aElement); //增加子元素
addAttribute(String attName, String attValue); //增加属性；

则彻底消除了所有的测试当前的标签类型的判断语句。每个对象通过 Class.forName(aElement.attributes.getAttribute("classname")).newInstence(); 动态创建，

6、 减少参数个数
 
　　有大量参数需要传递的方法，通常很难阅读。我们可以将所有参数封装到一个对象中来完成对象的传递，这也有利于错误跟踪。

许多程序员因为，太多层的对象包装对系统效率有影响。是的，但是，和它带来的好处相比，我们宁愿做包装。毕竟，"封装"也是OO的基本特性之一，而且，"每个对象完成尽量少（而且简单）的功能"，也是OO的一个基本原则。

7、 类层次的最高层应该是抽象类。
 
　　在许多情况下，提供一个抽象基类有利做特性化扩展。由于在抽象基类中，大部分的功能和行为已经定义好，使我们更容易理解接口设计者的意图是什么。

由于JAVA不允许"多继承"，从一个抽象基类继承，就无法再从其它基类继承了。所以，提供一个抽象接口(interface)是个好主意，一个类可以实现多个接口，从而模拟实现了"多继承"，为类的设计提供了更大的灵活性。

8、 尽量减少对变量的直接访问。
 
　　对数据的封装原则应该规范化，不要把一个类的属性暴露给其它类，而是应该通过访问方法去保护他们，这有利于避免产生波纹效应。如果某个属性的名字改变，你只需要修改它的访问方法，而不是修改所有相关的代码。

9、 子类应该特性化，完成特殊功能。
 
　　如果一个子类只是使一个组件变成组件管理器，而不是实现接口功能，或者，重载某个功能，那么，就应该使用一个外部的容器类，而不是创建一个子类。

　　建议：类层次结构图，不要太深；

　　例如：下面的接口定义了组件的功能：发送消息；类Transceiver实现了该接口；而其子类Pool只是管理多个Transceiver对象，而没有提供自己的接口实现。建议使用组合方式，而不是继承！

　　public interface ITransceiver{
　　　　public abstract send(String msg);
　　}

　　public class Transceiver implements ITransceiver {
　　　　public send(String msg){
　　　　　　System.out.println(msg);
　　　　}
　　}

//使用继承方式的实现
　　public class Pool extends Transceiver{
　　　　private List pool = new Vector();
　　　　public void add(Transceiver aTransceiver){
　　　　　　pool.add(aTransceiver);
　　　　}
　　　　public Transceiver get(int index){
　　　　　　pool.get(index);
　　　　}
　　}

//使用组合方式的实现
　　public class Pool {
　　　　private List pool = new Vector();
　　　　public void add(Transceiver aTransceiver){
　　　　　　pool.add(aTransceiver);
　　　　}
　　　　public Transceiver get(int index){
　　　　　　pool.get(index);
　　　　}
　　}

 

10、 拆分过大的类。
 
　　如果一个类有太多的方法（超过50个），那么它可能要做的工作太多，我们应该试着将它的功能拆分到不同的类中，类似于规则四。

11、 作用截然不同的对象应该拆分。
 
　　在构建的过程中，你有时会遇到这样的问题：对同样的数据，有不同的视图。某些属性描述的是数据结构怎样生成，而某些属性描述的是数据结构本身。最好将这两个视图拆分到不同的类中，从类名上就可以区分出不同视图的作用。类的域、方法也应该有同样的考虑！

12、 尽量减少对参数的隐含传递。
 
　　两个方法处理类内部同一个数据（域），并不意味着它们就是对该数据（域）做处理。许多时候，该数据（域）应该作为方法的参输入数，而不是直接存取，在工具类的设计中尤其应该注意。例如：
　　public class Test{
　　　　private List pool = new Vector();
　　　　public void testAdd(String str){
　　　　　　pool.add(str);
　　　　}
　　　　public Object testGet(int index){
　　　　　　pool.get(index);
　　　　}
　　}

 

　　两个方法都对List对象pool做了操作，但是，实际上，我们可能只是想对List接口的不同实现Vector、ArrayList等做存取测试。所以，代码应该这样写：
　　public class Test{
　　　　private List pool = new Vector();
　　　　public void testAdd(List pool, String str){
　　　　　　pool.add(str);
　　　　}
　　　　public Object testGet(List pool, int index){
　　　　　　pool.get(index);
　　　　}
　　}

 

参考资料
设计模式
apache 小组的jakarta 项目的Avalon子项目（http://jakarta.apache.org/），是关于代码复用的，Commons子项目（http://jakarta.apache.org/commons/index.html）也有部分内容。

Thinking in Java

(转载文章请保留出处：北天JAVA技术网(www.java114.com))