系统化掌握Dart编程之面向对象的抽象类及混入

前言

抽象类的力量

抽象类 允许定义一组共享的属性和行为，但不提供具体的实现细节。这为子类提供了一个清晰的契约，确保所有子类都遵循相同的接口。抽象类包含具体的方法实现和没有实现的抽象方法，后者必须由子类来实现。这种方式不仅增强了系统的可维护性，还提高了代码的复用性和一致性。

混入的魅力

混入（mixin）则是 Dart 提供的一种轻量级多重继承形式 ，它允许将多个类的功能组合到一个新的类中，而不需要复杂的继承层次结构。混入可以包含方法和属性，但不能有构造函数。通过混入，可以轻松地重用代码片段，并将不同的功能模块组合在一起，从而构建出高度灵活和可扩展的系统。

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一、抽象类

1.1、基本概念

抽象类 是不能被实例化的类，主要用于定义其他类的模板或契约。

特点：

1、不能实例化：不能创建抽象类的对象。
2、具体方法 ：可以有具体的方法实现，为子类提供默认行为。
3、抽象方法 ：可以声明抽象方法，要求子类必须实现这些方法。

1.2、定义抽象类

使用abstract关键字来定义抽象类；

Dart 复制代码

abstract class Animal {
  // 成员变量
  String name;

  // 构造函数
  Animal(this.name);

  // 具体方法：所有动物都可以吃东西
  void eat() {
    print('$name is eating.');
  }

  // 抽象方法：不同动物发出的声音不同
  void sound(); // 没有实现
}

详细说明 ：Animal 是一个抽象类，它定义了所有动物都有的行为（如 eat()），以及每个具体动物必须实现的行为（如 sound()）。

1.3、实现抽象类及其方法

要使用抽象类，必须通过继承并实现其抽象方法来创建具体的子类：

Dart 复制代码

class Dog extends Animal {
  // 调用父类构造函数
  Dog(super.name);

  // 实现抽象方法
  @override
  void sound() {
    print('$name barks.');
  }
}

void main() {
  // 不能直接实例化抽象类 提示 Abstract classes can't be instantiated.
  // var animal = Animal('Generic Animal'); // 这行代码会报错

  // 实例化具体子类
  var dog = Dog('Buddy');
  dog.eat();   // 输出: Buddy is eating.
  dog.sound(); // 输出: Buddy barks.
}

详细说明 ：Animal 是一个抽象类，它定义了一个具体方法 eat() 和一个抽象方法 sound()。可以创建 Dog 的实例，并实现 sound() 方法，同时可以直接使用 eat() 方法。

1.4、抽象类的优势

1、定义公共接口 ：抽象类允许定义一组共享 的属性和行为，确保所有子类遵循相同的结构。
2、提供默认实现 ：可以为某些方法提供默认实现，减少重复代码。
3、强制实现 ：通过抽象方法，可以确保所有子类都实现特定的行为。

二、多继承的二义性（`Diamond Problem`）

多继承的二义性 ，也称为"菱形问题"或"钻石问题"，是面向对象编程中一个多继承语言可能遇到的问题。当一个类从两个或多个基类派生，而这些基类又共同继承自同一个祖先类时，可能会出现方法或属性的二义性，即编译器无法确定应该使用哪一个版本的方法或属性。

菱形继承结构

考虑以下经典的菱形继承结构：

Dart 复制代码

类 A 是最顶层的基类。
类 B 和 C 分别继承自 A。
类 D 同时继承自 B 和 C。

在这种结构下，如果类 A 中有一个方法 method()，那么类 D 会通过 B 和 C 继承两次 method()。这会导致编译器无法确定应该调用哪一个版本的 method()，从而产生二义性问题。

代码示例：

C++ 复制代码

class A {
public:
    void method() {
        std::cout << "Method from A" << std::endl;
    }
};

class B : public A {
public:
    // B does not override method()
};

class C : public A {
public:
    // C does not override method()
};

class D : public B, public C {
public:
    // What happens here?
};

上述示例中，D 类同时继承了 B 和 C，而 B 和 C 都继承了 A。因此，D 类实际上有两个 A 的副本，每个副本都有自己的 method() 方法。当尝试创建 D 的实例并调用 method() 时，编译器不知道应该调用哪个版本的 method()，这就导致了二义性。

C++ 复制代码

int main() {
    D d;
    d.method(); // 编译错误：二义性
}

解决方法：

不同编程语言有不同的机制来解决这个二义性问题。以下是几种常见的解决方案：

1、虚基类 （Virtual Inheritance）：
- 在 C++ 中，可以通过声明虚基类来确保只有一个 A 的副本被继承。

C++ 复制代码

  class B : virtual public A {};
  class C : virtual public A {};

2、接口与实现分离 ：
- 在 Java 和 Dart 等语言中，类不能多重继承，但可以通过接口和 Mixin 来实现类似的效果，避免直接的多继承带来的二义性问题。
3、默认方法冲突规则 ：
- 在支持接口默认方法的语言（如 Java 8+），如果接口中有默认方法冲突，子类必须显式地覆盖并提供实现，以消除二义性。

小结：

多继承的二义性问题 是由于在一个类从多个基类继承时，这些基类又共享同一个祖先类 ，导致方法或属性的重复继承和不确定调用路径。不同的编程语言有不同的机制来解决这个问题，包括虚基类、接口与 Mixin 的使用、以及明确指定调用路径等。

三、混入类

3.1、基本概念

Mixin（混入）是 Dart 提供的一种轻量级多重继承形式，允许将多个类的功能组合到一个新的类中，而不需要复杂的继承层次结构。

特点：

1、多重行为组合 ：一个类可以使用多个 Mixin 来组合多种功能。
2、简化代码复用 ：避免了传统多重继承带来的复杂性和二义性问题。
3、灵活性高 ：可以在不改变现有类层次结构的情况下添加新功能。

3.2、定义和使用`Mixin`

在 Dart 中，定义 Mixin 使用 mixin 关键字：

Dart 复制代码

// 定义Mixin
mixin Flyable {
  void fly() {
    print('Flying...');
  }
}

// 定义Mixin
mixin Swimmable {
  void swim() {
    print('Swimming...');
  }
}

// 使用 Mixin 的类
class Bird with Flyable, Swimmable {
  void chirp() {
    print('Chirp chirp!');
  }
}

void main() {
  var bird = Bird();
  bird.chirp(); // 输出: Chirp chirp!
  bird.fly();   // 输出: Flying...
  bird.swim();  // 输出: Swimming...
}

详细说明 ：Bird 类通过 with 关键字引入了两个 Mixin：Flyable 和 Swimmable。这样，Bird 类不仅拥有自己的方法 chirp()，还获得了来自 Mixin 的 fly() 和 swim() 方法。

3.3、`Mixin` 的优势

1、避免多重继承的复杂性及二义性 ：Dart 不支持传统意义上的多重继承 ，但 Mixin 提供了一种安全且简单的方式来实现类似的效果。
2、增强代码复用性 ：可以将常用的方法和属性封装在 Mixin 中，然后在需要的地方轻松引入。
3、保持类层次结构的清晰 ：由于 Mixin 不涉及复杂的继承关系，因此不会使类层次结构变得混乱。

3.4、`Mixin` 的限制

1、不能有构造函数 ：Mixin 不能定义构造函数，这意味着它们不能在初始化时执行特定的逻辑。
2、不能访问超类成员 ：Mixin 不能直接访问其父类的成员变量或方法，除非这些成员是通过接口可见的。

3.5、`Mixin` 的高级用法

1、Mixin 组合 ：可以将多个 Mixin 组合在一起，创建更复杂的行为组合。如上述3.2中的代码示例。

2、Mixin约束条件（On Clause） ：可以为 Mixin 指定约束条件，确保只有满足这些条件的类才能使用该 Mixin，通过 on 关键字来实现。

scala 复制代码

// 定义一个 Mixin，并指定它只能应用于实现了特定接口的类
mixin CanEat on Animal {
  void eat() {
    print('$name is eating.');
  }
}
// 抽象类 Animal
abstract class Animal {
  String name;

  // 构造函数
  Animal(this.name);

  // 抽象方法
  void makeSound();
}

// Dog 类继承自 Animal 并使用 CanEat Mixin
class Dog extends Animal with CanEat {
  Dog(super.name);

  @override
  void makeSound() {
    print('$name barks.');
  }
}

// Cat 类继承自 Animal 并使用 CanEat Mixin
class Cat extends Animal with CanEat {
  Cat(super.name);

  @override
  void makeSound() {
    print('$name meows.');
  }
}

void main() {
  var dog = Dog('Buddy');
  dog.makeSound(); // 输出: Buddy barks.
  dog.eat();       // 输出: Buddy is eating.

  var cat = Cat('Alice');
  cat.makeSound(); // 输出: Alice meows.
  cat.eat();       // 输出: Alice is eating.
}

详细说明 ：CanEat Mixin 只能被实现了 Animal 接口的类使用。如果尝试将其应用于未实现 Animal 的类，编译器会报错。

3、Mixin组合、约束及继承顺序 ：可以将组合、约束及继承一起创建更复杂的实现。
javascript 复制代码
```
mixin A {
  void methodA() {
    print('Method A from Mixin A');
  }
}
mixin B {
  void methodB() {
    print('Method B from Mixin B');
  }
}

mixin C on A, B {
  void methodC() {
    print('Method C from Mixin C');
    super.methodA();
    super.methodB();
  }
}

class MyClass with A, B, C {
  void myMethod() {
    methodA();
    methodB();
    methodC();
  }
}

void main() {
  var obj = MyClass();
  obj.myMethod();
}

输出：
Method A from Mixin A
Method B from Mixin B
Method C from Mixin C
Method A from Mixin A
Method B from Mixin B
```
详细说明：
- 首先，有 mixin A 和 mixin B，它们分别定义了 methodA 和 methodB 方法，用于输出相应的信息。
- mixin C 定义了 methodC 方法，并且使用 on A, B 表示 C 可以混入的类必须已经包含 A 和 B 的特性。在 methodC 中，使用 super.methodA() 和 super.methodB() 来调用 A 和 B 中的方法，确保调用的是父类的方法，避免混淆。
- MyClass 现在先混入 A 和 B，然后混入 C，这样就满足了 C 的混入条件。MyClass 还定义了 myMethod 方法，用于调用 methodA、methodB 和 methodC。
- 在 main 函数中，创建 MyClass 的实例 obj，并调用 myMethod，该方法会依次调用 methodA、methodB 和 methodC 并输出相应的信息。

四、总结

Dart 中的抽象类 和 Mixin 各自提供了独特的优势，帮助开发者构建健壮、灵活且易于维护的系统。抽象类 通过定义公共接口和提供默认实现，确保了代码的一致性和可预测性；而 Mixin 通过灵活地组合功能，提升了代码的复用性和扩展性。理解并合理运用这两个特性，可以使应用程序更加模块化、易维护及扩展。

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系统化掌握Dart编程之面向对象的抽象类及混入

前言

一、抽象类

1.1、基本概念

1.2、定义抽象类

1.3、实现抽象类及其方法

1.4、抽象类的优势

二、多继承的二义性（Diamond Problem）

三、混入类

3.1、基本概念

3.2、定义和使用Mixin

3.3、Mixin 的优势

3.4、Mixin 的限制

3.5、Mixin 的高级用法

四、总结

二、多继承的二义性（`Diamond Problem`）

3.2、定义和使用`Mixin`

3.3、`Mixin` 的优势

3.4、`Mixin` 的限制

3.5、`Mixin` 的高级用法