在面向对象设计中，继承（Inheritance）和组合（Composition）是两种主要的代码复用方式，它们各自有不同的优点和适用场景。了解它们的优缺点以及为什么面向对象设计原则提倡优先使用组合，有助于我们更好地设计灵活、可维护的系统。
继承（Inheritance）
定义：继承是一种白箱复用方式，子类继承父类的属性和方法，从而在不重复代码的情况下扩展父类的功能。
优点
- 代码复用
- 优点：子类可以复用父类的代码，减少了重复代码的数量。
- 示例：
class Animal { public: void eat() { std::cout << "Animal is eating\n"; } }; class Dog : public Animal { public: void bark() { std::cout << "Dog is barking\n"; } };
- 类型系统
- 优点：继承关系可以在编译时进行类型检查，确保类型的兼容性。
- 示例：Dog 是 Animal，因此可以将 Dog 对象赋值给 Animal 类型的变量。
- 接口扩展
- 优点：子类可以扩展父类的接口，增加新的方法。
- 示例：Dog 类增加了 bark 方法，扩展了 Animal 类的接口。
缺点
- 高耦合
- 缺点：继承建立了类之间的紧密关系，子类依赖于父类的实现细节，导致高耦合。
- 原因：当父类改变时，子类可能需要相应地修改，这增加了系统的复杂性和维护成本。
- 灵活性差
- 缺点：继承关系在编译时确定，导致系统的灵活性较差。
- 原因：父类和子类之间的关系是固定的，无法在运行时动态改变。
- 脆弱的基类问题
- 缺点：父类的修改可能会影响到所有子类，导致“脆弱的基类问题”。
- 原因：任何对父类的修改都可能破坏子类的行为，增加了系统的脆弱性。
组合（Composition）
定义：组合是一种黑箱复用方式，通过将对象作为另一个对象的成员变量来复用代码，而不是通过继承。
优点
- 低耦合
- 优点：组合关系通常比继承关系更松散，对象之间的依赖性较低。
- 示例：
class Engine { public: void start() { std::cout << "Engine started\n"; } }; class Car { private: Engine engine; // 组合关系 public: void start() { engine.start(); } };
- 灵活性高
- 优点：组合可以在运行时动态地改变对象之间的关系，增加了系统的灵活性。
- 示例：可以通过改变 Car 类的 Engine 成员变量，动态改变 Car 的行为。
- 易于维护
- 优点：组合关系通常更易于维护，因为对象之间依赖性较低，修改一个对象通常不会影响其他对象。
- 原因：组合关系使得系统更加模块化，每个对象只负责自己的职责，降低了系统的复杂性。
- 单一职责原则
- 优点：组合关系更符合单一职责原则，对象的责任更加明确。
- 原因：每个对象只负责自己的职责，而不是通过继承来共享职责。
- 更好的测试性
- 优点：组合关系使得对象更容易进行单元测试，因为可以方便地替换成员对象。
- 原因：可以轻松地使用模拟对象（Mock Objects）来测试组合对象的行为。
缺点
- 代码量可能增加
- 缺点：组合关系可能需要编写更多的代码来管理对象之间的关系。
- 原因：需要手动管理对象的创建和销毁，以及对象之间的交互。
- 类型系统的限制
- 缺点：组合关系在类型系统上的支持不如继承关系那么强大。
- 原因：无法通过组合关系在编译时进行严格的类型检查。
为什么面向对象设计原则提倡优先使用组合？
- 低耦合、高内聚
- 原因：组合关系可以降低类之间的耦合度，增加类的高内聚性，使得系统更加灵活和易于维护。
- 效果：系统更容易扩展和修改，降低了系统的复杂性。
- 运行时灵活性
- 原因：组合关系可以在运行时动态地改变对象之间的关系，增加了系统的灵活性。
- 效果：系统可以根据需要动态地改变行为，适应不同的场景。
- 单一职责原则
- 原因：组合关系更符合单一职责原则，使得对象的责任更加明确。
- 效果：系统更加模块化，每个对象只负责自己的职责。
- 更好的测试性
- 原因：组合关系使得对象更容易进行单元测试，可以方便地替换成员对象。
- 效果：系统更容易进行单元测试，提高了代码的质量和可维护性。
总结
继承和组合各有优缺点，继承提供了代码复用和类型系统的支持，但会导致高耦合和低灵活性。组合提供了低耦合、高灵活性和易于维护的优点，但可能在代码量和类型系统上有所限制。面向对象设计原则提倡优先使用组合，因为它能够提供更低的耦合度、更高的灵活性和更好的可维护性，符合单一职责原则，并且更容易进行单元测试。
