Kotlin 中的密封类 优于 带标签的类

Kotlin 中的密封类 优于 带标签的类

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在之前的文章中我也分析过 Sealed Classes 原理,以及 Google 和很多开源项目为什么都在大量的使用它,如果你对 Sealed Classes 还不是很了解,可以前往查看 Kotlin Sealed 是什么?为什么 Google 都在用 主要内容如下:

  • Sealed Classes 原理分析?
  • 枚举和抽象类都有那些局限性?
  • 为什么枚举可以作为单例?枚举作为单例有那些优点?
  • 分别在什么情况下使用枚举和 Sealed Classes?
  • Sealed Classes 究竟是什么?
  • 为什么 Sealed Classes 用于表示受限制的类层次结构?
  • 为什么说 Sealed Classes 是枚举类的扩展?
  • Sealed Classes 的子类可以表示不同状态的实例,那么在项目中如何使用?
  • 禁止在 Sealed Classes 所定义的文件外使用, Kotlin 是如何做到的呢?

而今天这篇文章,我们主要从类层次结构来讨论一下 Sealed Classes(密封类) 和 Tagged Classes(标记类)的优缺点。在开始分析之前,我们先介绍一下什么是 Tagged Classes(标记类)以及都有那些缺点。

Tagged Classes 是什么

在一个类中包含一个指示操作的标记字段或者特征,方便在它们之间切换的类称为 Tagged Classes(标记类),在 Effective Java 中也指出了 Tagged Classes 存在很多问题,这里引用 Effective Java Item 23 中的一个案例来分析 Tagged Classes 存在的问题,这里用 Kotlin 重写了。

class Figure(
// 这个标签字段:用来表示图形的形状
val shape: Shape,
// 这个字段用于圆形
val radius: Double = 0.0,
// 这两个字段用于矩形
val length: Double = 0.0,
val width: Double = 0.0
) {
// 定义了两个形状 矩形、圆形
enum class Shape {
RECTANGLE, CIRCLE
}

// 计算当前图形的面积
fun area(): Double = when (shape) {
Shape.RECTANGLE -> length * width
Shape.CIRCLE -> Math.PI * (radius * radius)
else -> throw AssertionError(shape)
}

companion object {
fun createRectangle(radius: Double) {
Figure(
shape = Shape.RECTANGLE,
radius = radius
)
}

fun createCircle(length: Double, width: Double = 0.0) {
Figure(
shape = Shape.CIRCLE,
length = length,
width = width
)
}
}
}

正如你所见,代码中包含了很多模板代码,包括标记字段、切换语句、枚举等等,在一个类中包含了很多不同的操作,如果以后增加新的操作,有需要增加新的标记,实际情况这样的代码在项目中非常的常见,主要存在以下几个问题:

  • 增加了很多模板代码
  • 内存是非常稀缺的资源,当我们创建圆形的时候,与它无关的字段也要保留,增加当前类所占用的内存
  • 降低了代码的可读性,类中混合了很多操作例如枚举、切换语句等等,为了保证对象正确的创建,通常需要用到工厂模式等等设计模式​
  • 如果增加新的图形,不得不去修改原有的代码结构
  • ……

那么有没有很好的替换方案,可以解决以上所有的问题,而且还可以在不修改原有的代码结构基础上增加新的图形,这就需要用到类的层次结构。

类的层次结构

无论是 Java 还是 Kotlin 我们都会使用类的层次结构代替标记类,而在 Kotlin 中我们常用 Sealed Classes 表示受限制的类层次结构, 在之前的文章 Kotlin Sealed 是什么? 中已经详细分析过 Sealed Classes。接下来一起来看一下如何使用 Sealed Classes 优化上面的代码。

sealed class Figure {
abstract fun area(): Double

class Rectangle(val length: Double, val width: Double) : Figure() {
override fun area(): Double = length * width
}

class Circle(val radius: Double) : Figure() {
override fun area(): Double = Math.PI * (radius * radius)
}
}

正如你所见,代码简洁干净了很多,不包含模板代码,并且类之间的职责分明,提高了代码的灵活性,完美的解决了上述所有的缺点。每个类中不包含无关的字段,同时在类中添加新的参数,并不会影响其他类。

如果我们需要增加新的图形,只需要新增加一个类即可,并不会破坏原有的代码结构,例如这里我们增加一个球形。

class Ball(val radius: Double) : Figure() {
override fun area(): Double = 4.0 * Math.PI * Math.pow(radius, 2.0)
}

不仅仅如此,Sealed Classes 结合 when 表达式一起使用会更加的方便,when 语句下的所有分支可以通过快捷键 Mac/Win/Linux:Alt + Enter 自动生成,如下所示。

fun Figure.Valida() {
when (this) {
is Figure.Ball -> {
println("I am Ball")
area()
}
is Figure.Circle -> {
println("I am Circle")
area()
}
is Figure.Rectangle -> {
println("I am Rectangle")
area()
}
}
}

在 Effective Java 中也说明了 Tagged classes(标记类)很少有适合的场景,但是往往在开发过程中,为了快速的开发一个功能,往往会忽略它所带来的影响,但是我们在做优化的时候,遇到这种 Tagged classes 是否可以考虑使用类的层次结构来代替,如果是 Kotlin 建议使用 Sealed Classes。

参考文章

  • Effective Java Item 23: Prefer class hierarchies to tagged classes
  • Effective Kotlin Item 40: Prefer class hierarchies to tagged classes


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