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透過合成複用，我們可以更加優雅地實現程式碼複用。

合成複用原則解決了繼承在程式碼複用時的相關問題。

本文，主要全面詳解合成複用原則的概念、背景、作用、UML、示例、應用，以及組合和繼承的選型思路。

設計模式的七大原則已全部完結，結合一起看，更易融會貫通：

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01

合成複用原則是什麼？

合成複用原則（CRP），又稱為組合/聚合複用原則，英文全稱 Composite Reuse Principle。

合成複用原則要求在實現程式碼複用時，儘量先使用組合或聚合等關聯關係，其次考慮使用繼承關係。

合成複用原則的核心思想是：

將不同的類、模組或元件組合在一起，來建立新的類或物件。
儘量不透過繼承已有的類來獲得需要的功能。

02 合成複用原則的由來

在早期的物件導向程式設計中，程式碼複用主要用繼承。

透過繼承，一個類可以從另一個類派生，獲得其屬性和方法。

但繼承也有一些缺點：

緊耦合（Tight Coupling）：繼承引入了強耦合，使得子類依賴於父類的內部實現細節。當父類發生變化時，子類會受到影響隨之變化。
繼承層次複雜性：隨著繼承層次的增加，程式碼的複雜性也會增加，繼承層次的擴充套件和維護會很複雜。
白箱複用：繼承會將父類的實現細節暴露給子類，父類對子類是透明的，破壞了類的封裝性。
限制了複用的靈活性：從父類繼承而來的實現是靜態的，在編譯時已經定義，所以在執行時不可能發生變化。

為了解決繼承帶來的問題，合成複用原則應運而生。

透過合成複用，我們可以更加優雅地實現程式碼複用。

組合的優點：

低耦合性：程式碼之間的關聯性較小，減少了類之間的緊耦合關係。
黑箱複用：維持了類的封裝性，成分物件的實現細節對新物件不可見。
複用靈活度更高：由於不受繼承關係的限制，可以適應不同的情況和需求。
確保了每個元件的單一職責原則：當一個元件需要進行更改時，只需要關注特定的元件，不需要影響整個繼承層次。

03 組合與繼承如何選型

組合並沒有完全替代繼承，組合與繼承分別適用於不同的場景。

組合通常用於：

需求不斷變化的場景中，同時不受繼承關係的限制。
在類中使用其他類的功能，但不用繼承它們的所有屬性和方法。

繼承通常用於：擴充套件現有類的功能。

是否使用繼承，需要遵循里氏替換原則、Coad 法則。

3.1 里氏替換原則

里氏替換原則要求子類物件必須能夠替換其父類物件，子類應該保持與父類一致的介面和行為，不應該改變或破壞繼承來的約定。

關於里氏替換原則的介紹，推薦看這篇：

此處我們重點了解 Coad 法則。

3.2 Coad 法則

Coad 法則明確了繼承的具體使用條件：

子類是父類的特殊種類，而不是父類的一個角色。僅 is-a 關係適合繼承，而 has-a 關係應使用組合來描述。
不會出現需要將子類替換成另一個子類的情況。如果不能確定將來是否需要這種替換，就不應使用繼承。
子類應擴充套件而不是替代父類的責任。如果子類需要大規模替代父類的行為，那麼這個類不應是父類的子類。
只有在分類學意義上才可以使用繼承，不要從工具類繼承。

當 Coad 法則中的條件全部被滿足時，才應當使用繼承關係。

這裡要特別注意：

濫用繼承較為常見的錯誤是將 has-a 視為 is-a。

在這裡，is-a 表示一種類是另一種類的一種型別，而 has-a 表示一個類是另一個類的一個組成部分，不是另外一個類的特殊種類。

例如：

“人”是一個型別，“老師”、“組長”、“員工”是“人”的子類，如圖：

合成複用原則詳解篇（附圖解及原始碼例項）

一個人可以同時擁有多個角色，例如，一個人可以同時是“老師”、“組長”、“員工”。

但是，按照繼承的設計邏輯，如果一個人是僱員，就不可能是經理或學生，這顯然是不合理的。

這種設計將“角色”的等級結構和“人”的等級結構混淆了。

正確的設計：

構建一個抽象類“角色”，讓“人”可以同時擁有多個“角色”（組合），“老師”、“組長”、“員工”是“角色”的子類。

合成複用原則詳解篇（附圖解及原始碼例項）

另外，只有兩個類滿足里氏替換原則時，才可能是 is-a 關係。

也就是說，如果兩個類是 has-a 關係，但是設計成了繼承，就必然違反里氏替換原則。

04 合成複用原則的實現示例

假設：

在一個汽車分類管理程式中，汽車有兩種分類方式：

按動力源分類：汽油汽車、電動汽車等；
按顏色分類：白色汽車、黑色汽車和紅色汽車等。

如果使用繼承，就需要同時考慮這兩種分類，將會產生6個組合。

這樣的方式會帶來兩個問題：

導致子類過多。
任何一個分類發生變更，都要修改原始碼，違背了開閉原則。

圖例：

合成複用原則詳解篇（附圖解及原始碼例項）

程式碼：

public abstract class Car{     abstract void run();}

public class ElectricCar extends Car {
    @Override    void run() {        System.out.println("電動汽車");    }
}

public class PetrolCar extends Car {
    @Override    void run() {        System.out.println("汽油汽車");    }
}

public class BlackElectricCar extends ElectricCar{
    public void appearance(){        System.out.print("黑色");        super.run();    }}

public class BlackPetrolCar  extends PetrolCar{    public void appearance(){        System.out.print("黑色");        super.run();    }}

public class RedElectricCar extends ElectricCar {    public void appearance(){        System.out.print("紅色");        super.run();    }}

public class RedPetrolCar  extends PetrolCar{    public void appearance(){        System.out.print("紅色");        super.run();    }}

public class WhiteElectricCar extends ElectricCar{
    public void appearance(){        System.out.print("白色");        super.run();    }}

public class WhitePetrolCar  extends PetrolCar{    public void appearance(){        System.out.print("白色");        super.run();    }}


public class Test {
    public static void main(String[] args) {        RedElectricCar redElectricCar = new RedElectricCar();        redElectricCar.appearance();//紅色電動汽車    }
}

採用組合方式：

先把顏色 Color 抽象為介面，有白色，黑色，紅色三個顏色實現類；
再將 Color 物件組合在汽車 Car 類中。

最終，只需要生成 5 個類，就可以實現上述功能。

並且，後續分類有任何變更，只需要增加實現類，不要去修改原始碼。

圖例：

合成複用原則詳解篇（附圖解及原始碼例項）

程式碼：

public abstract class Car{     abstract void run();     Color color;     public Color getColor() {       return color;     }     public void setColor(Color color) {        this.color = color;     }}

public interface Color {      void colorKind();}

public class ElectricCar extends Car {
    @Override    void run() {        System.out.println("電動汽車");    }
}

public class PetrolCar extends Car {
    @Override    void run() {        System.out.println("汽油汽車");    }
}

public class White implements Color{
    @Override    public void colorKind() {        System.out.println("白色");    }
}

public class Black implements Color{
    @Override    public void colorKind() {        System.out.println("黑色");    }
}

public class Red implements Color{
    @Override    public void colorKind() {        System.out.println("紅色");    }
}

public class Test {    public static void main(String[] args) {      ElectricCar electricCar = new ElectricCar();      White color = new White();      electricCar.setColor(color);      electricCar.getColor().colorKind();//白色      electricCar.run();//電動汽車    }}

總結

以上，就是對合成複用原則的概念、背景、作用、UML、示例、應用，以及組合和繼承的選型思路的全面詳解。

合成複用原則詳解篇（附圖解及原始碼例項）

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