引言
?小編是一名10年+的.NET Coder，期間也寫過Java、Python，從中深刻的認識到了軟件開發與語言的無關性。現在小編已經脫離了一線開發崗位，在帶領團隊的過程中，發現了很多的問題，究其原因，更多的是開發思維的問題。所以小編通過總結自己過去十多年的軟件開發經驗，為年輕一輩的軟件開發者從思維角度提供一些建議，希望能對大家有所幫助。
在面向對象編程（OOP）中，繼承（Inheritance）是另一個核心概念，它不僅是實現代碼復用的工具，更是一種強大的設計思維。繼承允許子類從父類獲取或覆蓋屬性和方法，同時支持多態性、抽象類、接口等高級特性。這是眾所周知的定義。
一. 從生活出發理解繼承
我們在生活中最先接觸的是細節，比如看到各種動作后，才開始對它們進行分類，才會去思考他們的叫聲是不同，走路也是不同的。這種從細節到整體的思維方式，恰恰可以指導我們在編程中合理地使用繼承。
自下而上，從細節出發，抽象出共性
比如看到狗、貓、鳥，然后觀察它們的行為，隨后，我們總結它們有一些共同點，比如都會吃和睡覺，于是抽象出“動物”這個概念，也知道了動物都需要吃和睡。在編程中，這種思維方式同樣適用：
- 步驟：先觀察具體的對象（比如
Dog、Cat），列出它們的屬性和行為，然后找出共性（如Eat()和Sleep()）。 - 應用：將這些共性提取到一個抽象的父類（比如
Animal）中，而具體的特性（比如狗會舔人 - Lick()、貓會抓人 - ArrestAb()、鳥會飛 - Fly()）則留在子類中。 - 思考問題：問自己，“這些對象有哪些共同的屬性和行為？” 這些共性將成為繼承的基礎。
例如：
| Animal (父類) |
| - Eat() |
| - Sleep() |
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| Dog (子類) Cat (子類) Bird() |
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| Lick() - ArrestAb() - Fly() |
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自上而下，逐步分解，逐步求精
雖然我們從細節開始，但設計繼承時，可以反過來從抽象的父類入手，再逐步細化到子類。這就像在動物分類學中，我們已經具備了動物界的相關知識，所以會先定義“動物”的大框架，然后再細分出哺乳動物、鳥類等：
- 步驟：先定義一個通用的父類（
Animal），包含所有子類共享的屬性和方法，然后在子類中添加特定功能。 - 思考問題：先問“這個系統整體需要什么通用邏輯？” 再考慮“每個具體對象需要什么特殊功能？”
判斷“is-a”關系
生活中，狗是動物，貓是動物，但狗不是貓。這種“is-a”關系是繼承的核心依據：
- 原則：只有當子類與父類存在嚴格的“is-a”關系時，才使用繼承。例如，
Dog是Animal，但Dog不是Vehicle。 - 思考問題：在設計時，問自己，“這個子類真的是父類的一種嗎？” 如果答案是否定的，就不要強行使用繼承。
關注擴展性
生活中，動物分類可以不斷擴展，比如發現新物種時，可以將其歸入現有類別或創建新類別。編程中也一樣：
- 建議：設計父類時，考慮未來的擴展性。比如，可以在
Animal中定義抽象方法（如MakeSound()），讓子類去實現具體的叫聲。 - 思考問題：“如果以后需要添加新的子類，這個父類設計是否足夠靈活？”
例如：
| Animal |
| - Eat() |
| - Sleep() |
| - MakeSound() [抽象方法] |
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| Dog Cat |
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| MakeSound() - MakeSound() |
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| 輸出 "汪汪" 輸出 "喵喵" |
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繼承的掛葡萄式比喻
經典的繼承示意圖在面向對象設計中，父類通常定義了一些通用的屬性和方法，作為所有子類的共享基礎。子類通過繼承這個父類，可以直接使用這些共享特性，同時根據自己的需求進行特性化。
繼承可以被看作是一種占位機制，通過父類定義一個通用的框架或接口，然后由子類根據具體需求來實現或擴展任務。
反思
在生活中，如果我們把動物分類得過于細致，比如分成“會飛的動物”“會游泳的動物”，可能會導致混亂。如同上圖的分叉線繼續分下去，會很難把控，整個結構也會線的混亂，編程中也是如此：
- 問題：過深的繼承層次（如
Animal -> Mammal -> Canine -> Dog）會讓代碼難以維護。 - 問題思考：“這個繼承層次是否必要？能不能用其他方式替代？”
靈活結合組合
有時候，細節特性不適合用繼承表達。比如，“會飛”與其說是鳥的類型，不如說是鳥的一種能力：
- 替代方案：使用組合（has-a）關系，而不是繼承。例如，給
Bird添加一個FlyBehavior對象，而不是讓Bird繼承一個FlyableAnimal類。 - 問題思考：“這個特性是對象的一種類型，還是對象的一部分？” 如果是部分，組合可能更合適。
例如：
| Bird |
| - FlyBehavior (組合的對象) |
| - Fly() 方法 |
二、面向對象下的繼承
定義
通過is-a關系實現層次化的代碼復用和類型兼容，結合行為的動態適配和資源管理的層次依賴，在封裝約束下構建模塊化、可擴展的系統。
規則
?繼承的最一般規則是：層次化復用與行為適配。
繼承的核心在于通過層次化的代碼復用和行為的動態適配，構建模塊化、可擴展的系統。其一般規律可以歸納為以下幾個普適原則，無論具體語言或實現細節如何變化，這些規律始終成立:
is-a關系的層次復用
- 本質：繼承通過
is-a關系（子類是父類的一種），允許子類在復用父類定義（屬性和方法）的基礎上，擴展或特化其行為。 - 規則：子類繼承父類的所有可訪問成員，形成一個從通用到具體的層次結構。每一層繼承都在前一層的基礎上增加特異性，從而實現代碼的逐步精煉和重用。
- 意義：這種層次化設計避免了重復定義通用功能，同時支持功能的逐步細化。
類型兼容性支持多態
- 本質：子類對象可以被視為父類對象，允許在需要父類的地方使用子類實例。
- 規則：繼承建立了類型間的兼容性（子類型關系），使得系統可以在運行時根據對象的實際類型動態選擇行為（多態性）。
- 意義：類型兼容性是多態的基礎，確保了接口的統一性和實現的多樣性，增強了系統的靈活性。
行為覆蓋與動態適配
- 本質：子類可以通過重寫（override）父類方法，覆蓋或調整父類的行為。
- 規則：繼承允許子類在復用父類代碼的同時，動態適配行為以滿足特定需求。運行時根據對象的實際類型決定執行哪個方法實現。
- 意義：這種動態適配機制使得同一接口可以有多種實現，支持系統的可擴展性和個性化需求。
資源管理的層次依賴
- 本質：子類的初始化和銷毀依賴于父類的初始化和銷毀。
- 規則：對象的構造從父類到子類逐層進行，析構則反向進行，確保資源分配和釋放的邏輯一致性。
- 意義：這種順序規律保證了繼承鏈中每一層的資源管理不會出現未定義行為，維護了系統的穩定性。
訪問控制的邊界約束
- 本質：繼承中父類的成員可見性通過訪問控制（public、protected、private）定義，子類只能訪問授權的部分。
- 規則：子類對父類成員的訪問受限于封裝邊界，private成員對子類不可見，protected和public成員可被復用或調整。
- 意義：訪問控制在復用代碼的同時保護了父類的實現細節，維持了封裝性與繼承性的平衡。
?這些規則不僅是繼承的表層特征，還反映了其在類型系統、內存管理和運行時行為中的深層作用：
- 類型系統：繼承通過子類型關系支持類型安全和多態，確保子類可以替代父類（里氏替換原則）。
- 內存管理：子類對象包含父類對象的內存布局，保證了類型兼容性和直接訪問的可能。
三、繼承的深層意義：層次化分解復雜問題
1. 從抽象到具體的設計過程
?這里的繼承用到了一種自上而下的設計方法，開發者可以先從抽象的層面定義系統的整體結構和行為，然后逐步細化到具體的實現細節，這也是一個樹形可追蹤的過程的。
- 抽象層面：通過定義父類或抽象類，開發者可以先關注系統的“大圖景”。例如，一個抽象的
Shape類可以定義所有圖形共有的方法，如Draw()和Resize()，而無需立即考慮具體圖形的繪制方式。 - 具體實現：子類通過繼承父類并實現具體方法，將抽象的概念轉化為可操作的代碼。例如，
Circle和Rectangle類可以分別實現自己的Draw()方法，完成具體的繪制邏輯。
這種從上到下的分解方式，使開發者能夠先勾勒出系統的整體框架，再逐步填充細節，確保設計的一致性和連貫性。
2. 層次化分解復雜問題
繼承允許將復雜的問題分解為多個層次。父類負責定義通用的屬性和行為，子類則根據具體需求擴展或修改這些內容。這種層次化的結構使開發者可以專注于某個層次的功能，而不必同時應對整個系統的復雜性。
例如，在一個圖形編輯器中：
- 中層：
TwoDShape和ThreeDShape類繼承Shape，分別處理二維和三維圖形的共性。 - 底層：
Circle、Rectangle等類繼承TwoDShape，實現具體的二維圖形功能。
這種層次化的設計讓系統的復雜性被逐步分解，每個層次都更加易于理解和維護。
3. 提供擴展點而不破壞整體結構
繼承通過“鉤子”（如虛方法或抽象方法）提供擴展點，允許子類在不修改父類代碼的情況下添加具體實現。這種機制在設計中非常有用，因為它讓我們可以在保持整體框架穩定的同時，逐步加入細節。
例如，在一個支付系統中：
- 父類：
PaymentProcessor定義了支付的通用流程，如驗證、扣款、記錄日志等。 - 子類：
CreditCardPayment和PayPalPayment通過重寫具體步驟，實現不同支付方式的細節。
這種設計遵循“開閉原則”（對擴展開放，對修改關閉），確保系統的穩定性與靈活性并存。
四、繼承在架構設計中的應用
1. 模塊化和層次化
在架構設計中，繼承常被用來構建模塊化和層次化的系統結構。父類定義通用的行為和接口，子類則根據具體模塊的需求實現細節。這種設計不僅使系統更具條理性，還能將問題拆分為更易于管理的部分。
在架構設計中，繼承的真正力量在于它提供了一種自下而上的設計方法，引導我們從局部到整體逐步抽象問題。開發者可以先從抽象的層面定義系統的整體結構和行為，然后逐步細化到具體的實現細節，這也是一個樹形可追蹤的過程的。
例如，在一個企業級應用中：
- 基礎層：
BaseController類定義了所有控制器的通用邏輯，如身份驗證、日志記錄等。 - 業務層：
UserController和OrderController繼承BaseController，并實現各自的業務邏輯。
這種層次化的設計使開發者可以專注于業務邏輯，而不必重復處理基礎功能。
2. 支持設計模式
繼承在許多設計模式中扮演關鍵角色，幫助系統實現靈活性和可擴展性。
- 模板方法模式：父類定義一個方法的框架，子類通過繼承實現具體步驟。例如，一個
Beverage類定義了制作飲料的通用流程，Coffee和Tea類通過繼承實現具體的沖泡步驟。 - 策略模式：通過繼承不同的策略類，系統可以在運行時選擇不同的行為。
- 裝飾器模式：雖然通常與組合相關，但在某些情況下，繼承也可以實現裝飾器效果，擴展對象的功能。
3. 框架和庫的擴展
在框架或庫的設計中，繼承常被用來提供可擴展的鉤子（hooks）。開發者可以通過繼承基類并重寫方法，定制框架的行為，使其適應特定場景。
五、繼承與思維模式的轉變
1. 分清整體和局部的思維
繼承鼓勵開發者從整體到局部逐步分解問題：
- 先定義框架：通過父類或抽象類定義系統的整體結構和行為。
- 再細化細節：子類負責實現具體的功能，逐步完善系統。
?當你在做軟件開發的時候，需要首先明白你想要解決什么問題，而這個問題本身就是整體。設計父類的時候，需要想到你只是在整體上對該對象或者場景進行描述。而當我們進行繼承操作的時候，更多的應該要想到，我們是在基于父類做一些細化，但不可以越界發揮。
這種思維方式避免了在設計初期陷入瑣碎細節的困境，提升了設計的效率和質量。
2. 關注點分離
通過將通用描述與行為（父類）和具體描述與行為（子類）分開，繼承讓我們能夠專注于當前的設計層次，而不必同時處理整個系統的復雜性。這種關注點分離的思維，幫助開發者更高效地管理復雜性。
3. 平衡抽象與細節
繼承在抽象的穩定性與細節的靈活性之間找到了平衡：
- 抽象的穩定性：父類定義了系統的核心部分，通常不易改變。
- 細節的靈活性：子類負責實現具體功能，可以根據需求靈活調整。
?面對問題的時候，首先應該直面你面對的是什么問題，只要明確了問題，然后進行一般性的定性后，抽象也就出來了。而當你在進行繼承操作的時候，更多的應該要想到，我們需要基于父類做一些細化和補充，但不可以越界發揮。
這種平衡使得系統既能保持穩定，又能適應變化，為軟件的可擴展性和可維護性奠定了基礎。
4. 平衡穩定與變化
- 代碼復用不一定是繼承：在某些情況下，使用委托或輔助類可能比繼承更合適。
- 接口 vs 繼承：當只需要行為規范而不需要實現時，接口可能比繼承更合適。
?始終謹記，通用的往往是穩定的，所以需要抽象出來；具體的才是頻繁變化的，所以需要把變化的部分劃分出來，使之可以在繼承框架下既能重用也能獨立變化，而不引發較大的影響，這就是繼承的真正價值 —— 它幫助開發者在抽象與細節之間找到平衡，通過自下而上和自下而上的設計方法，引導我們從在局部與整體之間逐步完善對問題的認識。
結語
繼承是面向對象編程的核心機制，不僅提供了代碼復用的便利，更體現了一種深刻的思維方式。通過繼承，開發者能夠在抽象與細節之間找到平衡，配合自上而下和自下而上的設計方法，逐步分解問題，從而提升系統的健壯性和可維護性。
在軟件開發的多個領域，例如架構設計、設計模式以及生命周期管理等，繼承都扮演著不可或缺的角色。它為構建靈活、可擴展的系統提供了強有力的支持。
然而，繼承并非萬能的解決方案。如果過度或不當使用繼承，可能會導致類層次結構變得復雜，增加系統的耦合度，進而提高維護成本。
因此，在使用繼承時，開發者需要謹慎設計，確保類層次結構清晰、類與類之間的關系合理。同時，在適當的場景下，應結合組合、接口等其他設計原則，以構建高質量的軟件系統。做到這些，更多的依靠經驗的積累與思維的提升。
通過正確使用繼承，我們不僅能提升代碼的邏輯性、可讀性和可維護性，還能培養一種從具體到抽象、再回到具體的思維方式。希望大家從思維角度理解繼承，用好繼承。
400 186 1886
