聊聊面向对象设计中Is-A

面向对象编程范式得到了广大开发者的青睐，在做面向对象软件设计的同仁也或多或少曾经心存困惑过。比如， 怎么样才是正确的封装？如何恰当的继承？何时应该抽象？ 对于设计，我们很难说对与错，通常只有好与不好的区分，而所谓的最佳实践也只是 – 在当前约束下，人们所能找到的最佳解决方案。

最近我在给ThoughtWorks内部某海外交付团队的核心成员（Tech Lead & Second Tier）做OO Bootcamp的培训，对面向对象设计中的一些困惑，在分享讨论和编码实践的过程中也得到了答案，本文我来聊一聊面向对象中关于继承设计的 IS-A 的这个工具。

IS-A是把好尺子

在做面向对象设计的时候，我们心中始终会装着三大武器： 封装 、 继承 、 多态 ，设计出的软件也得有它们的身影。然而，很多时候并不是没有它们，而是它们的影子太多了（滥用或误用）。就拿继承来说，我们会经常使用 IS-A 来审视两个类的继承关系。比如以下场景：

1. A Parrot IS A Bird（鹦鹉是一只鸟）
2. A Man IS A Person（男人是一个人）
3. A Square IS A Rectangle（正方形是一个矩形）

以上关系，单纯从自然属性来思考都好像是正确的，所以我们在设计继承关系的时候通常会很容易类似写出以下代码：

class Man extends Person{ }

class Person {
    private int age;
    private double height;
    
    public void walk(){ }
}

class Square extends Rectangle{ }

class Rectangle{ }

因为 IS-A 这把尺子的辅助，我们很容易地采用了继承，继承之后，子类什么也不用做就拥有了父类的特征和行为能力。看起来很好，它如期达到我们复用的期望。

IS-A的失效区

拿 Square IS A Rectangle 来说，我们都知道正方形是一个矩形，这话没毛病。然而，当我们按照真实业务要求完善 Rectangle 之后可能是这样子的：

public class Rectangle {
    protected double width;
    protected double height;
    public void setWidth(double width) { this.width = width; }
    public void setHeight(double height) { this.height = height; }
    public double calculateArea() { return width * height; }
}

public class Square extends Rectangle {
    @Override
    public void setHeight(double height) {
        this.height = height;
        this.width = height;
    }
    @Override
    public void setWidth(double width) {
        this.height = width;
        this.width = width;
    }
}

此时我们有一个客户类这样使用Rectangle：

public class SizeChanger {
    private double newWidth;
    private double newHeight;

    public SizeChanger(double newWidth, double newHeight) {
        this.newWidth = newWidth;
        this.newHeight = newHeight;
    }

    public double resize(Rectangle rectangle) {
        rectangle.setWidth(newWidth);
        rectangle.setHeight(newHeight);
        return rectangle.calculateArea();
    }
}

resize 方法接受一个 Rectangle 对象参数，而 Square 作为子类，也可以被传入到这个方法中，比如我们测试客户类：

class SizeChangerTest {
    @Test
    void should_calculate_correct_area_after_resize() {
        SizeChanger sizeChanger = new SizeChanger(5, 10);
        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.setWidth(4);
        rectangle.setHeight(5);

        assertThat(sizeChanger.resize(rectangle)).isEqualTo(50);
    }
}

我们期望 resize 的返回值是50，没毛病。但我们如果把 Rectangle 子类对象传给 resize 方法就会挂掉：

class SizeChangerTest {
    @Test
    void should_calculate_correct_area_after_resize() {
        SizeChanger sizeChanger = new SizeChanger(5, 10);
        Rectangle rectangle = new Square();
        rectangle.setWidth(4);
        rectangle.setHeight(5);

        assertThat(sizeChanger.resize(rectangle)).isEqualTo(50); // 100 not 50
    }
}

作为客户程序就会产生疑惑了：”我调用 resize 方法的表现时而不一样，这让我很焦虑，没法信任你的程序，既然 A Square IS A Rectangle ，给 resize 传入 Square 和 Rectangle 的结果应该是跟期望一致的。” 所以从 resize 的角度来看， A Square IS NOT A Rectangle 。而导致这一现象的原因是 Square 和 Rectangle 的行为方式发生了改变，它们的 setWidth 和 setHeight 行为不一样。

行为 是面向对象设计的关键所在，我们通过封装将对象属性隐藏，以API的方式来服务于客户程序，这些公开的API就是一系列行为，这些行为正是客户程序想使用的（客户程序依赖这些行为），它们也构成了我们软件的功能。

所有，不难理解 LSP（里氏替换原则） 强调 IS-A 的关系是针对行为方式来讲的，这也是面向对象软件设计中与真实世界的对象关系的微妙差别，当子类与父类针对某个具体的行为发生改变时，这个继承就违背了 LSP 。

拯救IS-A的铁弹

IS-A 是基于行为方式的，也就是说，当你的子类改变了父类的某个具体行为时， IS-A 就需要重新审视了。

如何重新审视？你需要进一步进行抽象，进一步提取抽象概念，此时需要念出 面向抽象编程 的六字真经了，抽出 多态 这把匕首，并移步 让里氏替换原则为你效力 。

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