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类的组合（对比继承）

news 2025/9/15 7:47:02

类的组合（Composition）详解

类的组合是面向对象编程中 “has-a”关系 的实现方式，指一个类将其他类的实例作为自己的属性，通过组合多个对象的功能来构建复杂系统。与继承不同，组合强调 对象之间的协作 而非层级关系。

一、基本概念

1. 组合 vs 继承

特性	组合（Composition）	继承（Inheritance）
关系类型	“has-a”（有一个）	“is-a”（是一个）
灵活性	高（动态替换部分对象）	低（父类改变可能影响子类）
代码复用	通过包含其他对象实现	通过继承父类实现
典型场景	汽车包含发动机、轮胎	狗是动物的一种

2. 核心思想

将功能委托给其他对象，而非通过继承获得。
通过属性引用其他类，实现模块化设计。

二、基本语法

class Engine:def start(self):print("引擎启动")class Car:def __init__(self):self.engine = Engine()  # 组合：Car 包含一个 Enginedef run(self):self.engine.start()     # 调用组合对象的方法print("汽车行驶")car = Car()
car.run()

输出：

引擎启动
汽车行驶

三、组合的优势

1. 灵活替换部件

组合允许运行时动态更换对象：

class ElectricEngine:def start(self):print("电动机启动")car.engine = ElectricEngine()  # 更换引擎
car.run()

输出：

电动机启动
汽车行驶

2. 避免继承的复杂性

多重继承易导致混乱，组合更清晰：

class Tire:def rotate(self):print("轮胎滚动")class Car:def __init__(self):self.engine = Engine()self.tires = [Tire() for _ in range(4)]  # 组合多个对象def run(self):self.engine.start()for tire in self.tires:tire.rotate()

3. 更符合现实逻辑

例如：电脑由CPU、内存等组件构成，而非通过继承实现：

class CPU:def compute(self):print("计算数据")class Computer:def __init__(self):self.cpu = CPU()def work(self):self.cpu.compute()

四、组合的常见模式

1. 直接组合

将对象作为属性直接嵌入：

class Author:def __init__(self, name):self.name = nameclass Book:def __init__(self, title, author_name):self.title = titleself.author = Author(author_name)  # 组合 Author 对象

2. 通过参数注入

依赖外部传入的对象（提高灵活性）：

class Logger:def log(self, message):print(message)class App:def __init__(self, logger):  # 注入 Logger 对象self.logger = loggerdef run(self):self.logger.log("程序启动")app = App(Logger())
app.run()

3. 组合多个对象

一个类可组合多个不同类的实例：

class Classroom:def __init__(self):self.students = []  # 组合多个 Student 对象self.teacher = None  # 组合一个 Teacher 对象

五、组合 vs 继承的选择

何时用组合？

需要动态增减功能时（如插件系统）。
不同对象生命周期独立（如汽车和引擎）。
避免多重继承的复杂性。

何时用继承？

需要表达“是一种”关系时（如Dog是Animal）。
子类必须完全继承父类行为且无需替换部分功能。

六、实际应用案例

1. 游戏开发

class Weapon:def attack(self):passclass Sword(Weapon):def attack(self):print("挥剑攻击")class Player:def __init__(self):self.weapon = None  # 可动态更换武器def equip(self, weapon):self.weapon = weapondef fight(self):if self.weapon:self.weapon.attack()player = Player()
player.equip(Sword())
player.fight()  # 输出: 挥剑攻击

2. 设计模式中的组合

策略模式：通过组合不同算法对象动态改变行为。
装饰器模式：通过组合嵌套对象扩展功能。

七、总结

关键点	说明
本质	通过对象引用实现功能协作（“has-a”关系）
语法	将其他类的实例作为属性
优势	灵活性高、避免继承深度问题、符合模块化设计
典型场景	系统由多个独立部件组成（如电脑硬件、游戏角色装备）
与继承对比	优先使用组合，除非必须用继承表达“is-a”关系