重构手法——对象结构优化类 | 集成体系重构 | 合并层级结构

梁凌锐2025-06-22 10:57

简介

"合并层次结构"（Collapse Hierarchy）是一种重构手法，适用于当类层次结构过于复杂，存在一些子类或父类没有足够的存在价值时，通过将它们合并，简化类的结构，提高代码的可维护性和可读性。

针对的症状（代码坏味道）

  • 类层次结构过深：存在过多的类继承层级，导致代码理解和维护困难。
  • 子类或父类功能过少：部分子类或父类只有很少的方法或属性，没有充分体现其存在的意义。

合并层次结构（Collapse Hierarchy）的详细步骤

  1. 识别可合并的类
    • 寻找功能相似的类：在类层次结构中，找到那些功能大部分重叠的子类和父类。
    • 检查类的独特性：确定哪些类的独特功能很少，大部分行为都与其他类重复。
  2. 选择合并方式
    • 向上合并：如果子类的独特功能很少，大部分行为都在父类中，可将子类的独特功能移到父类，然后删除子类。
    • 向下合并：若父类功能较少，而子类有较多共同行为，可将父类的属性和方法移到子类，然后删除父类。
  3. 移动成员
    • 根据选择的合并方式，将需要移动的属性和方法从一个类移动到另一个类。
    • 确保移动后的代码逻辑正确，所有依赖关系都得到妥善处理。
  4. 更新引用
    • 检查代码中所有对被合并类的引用，将其更新为对合并后类的引用。
    • 这包括构造函数调用、方法调用等各种引用。
  5. 测试
    • 编译代码：确保代码编译通过，没有任何语法错误。
    • 运行测试：运行所有相关的单元测试，确保重构操作没有引入新的错误。
    • 手动测试：如果有必要，进行手动测试以验证功能的正确性。
  6. 代码审查
    • 同行评审：让同事或其他团队成员审查你的更改，确保代码质量和可维护性得到提升。
    • 文档更新：如果项目有维护文档的习惯，记得更新相关文档，说明合并层次结构的影响。

示例

假设有一个简单的图形绘制类层次结构，如下：

java 复制代码 
class Shape {
    protected String color;

    public Shape(String color) {
        this.color = color;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }
}

class Circle extends Shape {
    private double radius;

    public Circle(String color, double radius) {
        super(color);
        this.radius = radius;
    }

    public double getRadius() {
        return radius;
    }
}

class Square extends Shape {
    private double sideLength;

    public Square(String color, double sideLength) {
        super(color);
        this.sideLength = sideLength;
    }

    public double getSideLength() {
        return sideLength;
    }
}

在这个例子中，Shape类只有一个color属性和获取color的方法，功能较少。Circle和Square类大部分功能依赖于Shape类，且 Shape类没有太多独特功能。这里可以考虑向上合并。

步骤如下：

  1. 识别可合并的类 ：Shape类功能相对较少，可考虑将其与Circle和Square类合并。

  2. 选择合并方式：向上合并。

  3. 移动成员 ：将Shape类的color属性和getColor方法移动到Circle和Square类中。

    java 复制代码 
       class Circle {
    private String color;
    private double radius;

    public Circle(String color, double radius) {
        this.color = color;
        this.radius = radius;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public double getRadius() {
        return radius;
    }
}

class Square {
    private String color;
    private double sideLength;

    public Square(String color, double sideLength) {
        this.color = color;
        this.sideLength = sideLength;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public double getSideLength() {
        return sideLength;
    }
}

  4. 更新引用 ：如果有代码创建Shape对象并使用其属性或方法，需更新为创建Circle或Square对象并使用新的结构。

  5. 测试：

    • 编译代码：确保代码编译通过，没有任何语法错误。
    • 运行测试：运行所有相关的单元测试，确保重构操作没有引入新的错误。

  6. 代码审查：让同事审查代码，确保没有引入新的问题。

练习

基础练习题

  1. 简单类层次结构合并

    • 给定以下 Java 代码，Animal类作为父类，Dog和Cat类作为子类，Animal类功能较少。请将Animal类与Dog和Cat类进行合并。

      java 复制代码 
            class Animal {
    protected String name;

    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

class Dog extends Animal {
    public Dog(String name) {
        super(name);
    }

    public void bark() {
        System.out.println(name + " is barking.");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public Cat(String name) {
        super(name);
    }

    public void meow() {
        System.out.println(name + " is meowing.");
    }
}

  2. 属性和方法移动合并

    • 下面的 Java 代码中，Vehicle类作为父类，Car和Truck类作为子类，Vehicle类只有一个speed属性和获取speed的方法。请将 Vehicle类与Car和Truck类合并，并合理移动属性和方法。

      java 复制代码 
        class Vehicle {
      protected int speed;

      public Vehicle(int speed) {
          this.speed = speed;
      }

      public int getSpeed() {
          return speed;
      }
  }

class Car extends Vehicle {
    private int numDoors;

    public Car(int speed, int numDoors) {
        super(speed);
        this.numDoors = numDoors;
    }

    public int getNumDoors() {
        return numDoors;
    }
}

class Truck extends Vehicle {
    private int loadCapacity;

    public Truck(int speed, int loadCapacity) {
        super(speed);
        this.loadCapacity = loadCapacity;
    }

    public int getLoadCapacity() {
        return loadCapacity;
    }
}

进阶练习题

  1. 复杂类层次结构合并与依赖处理

    • 在这段 Java 代码中，Employee类作为父类，Manager和Developer类作为子类，Employee类有一些通用方法和属性， Manager和 Developer类有一些独特方法。但Employee类部分功能与子类重叠较多。请进行合理的合并层次结构重构，并处理好方法之间的依赖关系。

      java 复制代码 
        class Employee {
      protected String name;
      protected int salary;

      public Employee(String name, int salary) {
          this.name = name;
          this.salary = salary;
      }

      public String getName() {
          return name;
      }

      public int getSalary() {
          return salary;
      }

      public void printDetails() {
          System.out.println("Name: " + name + ", Salary: " + salary);
      }
  }

class Manager extends Employee {
    private int numSubordinates;

    public Manager(String name, int salary, int numSubordinates) {
        super(name, salary);
        this.numSubordinates = numSubordinates;
    }

    public int getNumSubordinates() {
        return numSubordinates;
    }

    public void manageTeam() {
        System.out.println(name + " is managing a team of " + numSubordinates + " subordinates.");
    }
}

class Developer extends Employee {
    private String programmingLanguage;

    public Developer(String name, int salary, String programmingLanguage) {
        super(name, salary);
        this.programmingLanguage = programmingLanguage;
    }

    public String getProgrammingLanguage() {
        return programmingLanguage;
    }

    public void writeCode() {
        System.out.println(name + " is writing code in " + programmingLanguage + ".");
    }
}

  2. 合并层次结构与多态处理

    • 给定以下 Java 代码，Shape类作为父类，Rectangle和Triangle类作为子类，Shape类有一个draw 方法，子类重写了该方法。请进行合并层次结构重构，同时确保多态性仍然能够正确实现。

      java 复制代码 
        abstract class Shape {
   public abstract void draw();
}

class Rectangle extends Shape {
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Drawing a rectangle.");
   }
}

class Triangle extends Shape {
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Drawing a triangle.");
   }
}

综合拓展练习题

  1. 多模块合并层次结构与代码审查模拟

    • 考虑一个简单的 Java 学校管理系统，有Person类作为父类，Student、Teacher和Staff类作为子类。Person 类有一些通用的属性和方法，如name、age和printInfo方法。Student类有studentId、enrollCourse方法，Teacher类有 teacherId、teachCourse方法，Staff类有staffId、performDuty方法。部分功能在类之间存在重叠。

    • 请对这些类进行 "合并层次结构" 重构，合理简化类的层次结构。

    • 假设你完成了重构，请模拟一份简单的代码审查报告，指出重构后的优点和可能存在的潜在问题。

      java 复制代码 
        class Person {
   protected String name;
   protected int age;

   public Person(String name, int age) {
      this.name = name;
      this.age = age;
   }

   public void printInfo() {
      System.out.println("Name: " + name + ", Age: " + age);
   }
}

class Student extends Person {
   private int studentId;

   public Student(String name, int age, int studentId) {
      super(name, age);
      this.studentId = studentId;
   }

   public void enrollCourse(String course) {
      System.out.println(name + " with ID " + studentId + " is enrolling in " + course + ".");
   }
}

class Teacher extends Person {
   private int teacherId;

   public Teacher(String name, int age, int teacherId) {
      super(name, age);
      this.teacherId = teacherId;
   }

   public void teachCourse(String course) {
      System.out.println(name + " with ID " + teacherId + " is teaching " + course + ".");
   }
}

class Staff extends Person {
   private int staffId;

   public Staff(String name, int age, int staffId) {
      super(name, age);
      this.staffId = staffId;
   }

   public void performDuty(String duty) {
      System.out.println(name + " with ID " + staffId + " is performing " + duty + ".");
   }
}
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