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使用委托在 Kotlin 中实现 Mixins（或 Traits）

Mary-Kate Olsen
发布： 2024-10-18 20:11:03
原创
942 人浏览过

Implementing Mixins (or Traits) in Kotlin Using Delegation

（在我的网站上阅读这篇法语文章）

在面向对象编程中，Mixin 是一种向类添加一个或多个预定义和自治功能的方法。有些语言直接提供此功能，而其他语言则需要更多的努力和妥协来编码 Mixin。在本文中，我将解释 Kotlin 中使用委托的 Mixin 实现。

  • 客观的
    • “Mixins”模式的定义
    • 特征和限制
  • 执行
    • 简单的组合方法
    • 继承的使用
    • 控制 Mixin 状态的委托
    • 最终实施
  • 限制
  • 示例
    • 可审核
    • 可观察
    • 实体/身份
  • 结论

客观的

“Mixins”模式的定义

mixin 模式的定义并不像 Singleton 或 Proxy 等其他设计模式那样精确。根据上下文的不同，该术语的含义可能会略有不同。

这种模式也可以接近其他语言（例如 Rust）中存在的“Traits”，但类似地，术语“Trait”不一定意味着相同的事物，具体取决于所使用的语言1.

也就是说，这是来自维基百科的定义：

在面向对象编程中，mixin（或 mix-in）是一个包含其他类使用的方法的类，而无需成为其他类的父类。这些其他类访问 mixin 方法的方式取决于语言。 Mixin 有时被描述为“包含”而不是“继承”。

您还可以在有关基于 mixin 的编程主题的各种文章中找到定义（2、3、4）。这些定义还带来了类扩展的概念，而没有经典继承提供的父子关系（或 is-a）。它们进一步与多重继承联系起来，这在 Kotlin（或 Java）中是不可能的，但它是使用 mixins 的好处之一。

特点和限制

与这些定义紧密匹配的模式的实现必须满足以下约束：

  • 我们可以向一个类添加多个 mixin。我们处于面向对象的环境中，如果不满足这个约束，那么与继承等其他设计可能性相比，该模式就没有什么吸引力。
  • Mixin 功能可以在类外部使用。同样，如果我们忽略这个约束，该模式将不会带来任何我们通过简单组合无法实现的目标。
  • 向类添加 mixin 并不强制我们在类定义中添加属性和方法。如果没有这个限制，mixin 就不能再被视为“黑匣子”功能。我们不仅可以依靠 mixin 的接口契约将其添加到类中，而且还必须了解其功能（例如，通过文档）。我希望能够像使用类或函数一样使用 mixin。
  • mixin 可以有一个状态。一些 mixin 可能需要为其功能存储数据。
  • Mixin 可以用作类型。例如，我可以有一个函数，它可以将任何对象作为参数，只要它使用给定的 mixin。

执行

简单的组合方法

向类添加功能的最简单方法是使用另一个类作为属性。然后可以通过调用此属性的方法来访问 mixin 的功能。

class MyClass {
    private val mixin = Counter()

    fun myFunction() {
        mixin.increment()

        // ...
    }
}
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此方法不向 Kotlin 的类型系统提供任何信息。例如，不可能使用 Counter 来获得对象列表。将 Counter 类型的对象作为参数没有意义，因为这种类型仅代表 mixin，因此该对象可能对应用程序的其余部分无用。

此实现的另一个问题是，如果不修改此类或将 mixin 公开，则无法从类外部访问 mixin 的功能。

继承的使用

为了让 mixin 也定义可在应用程序中使用的类型，我们需要从抽象类继承或实现接口。

使用抽象类来定义 mixin 是不可能的，因为它不允许我们在单个类上使用多个 mixin（在 Kotlin 中不可能从多个类继承）。

因此将创建带有接口的 mixin。

interface Counter {
    var count: Int
    fun increment() {
        println("Mixin does its job")
    }
    fun get(): Int = count
}

class MyClass: Counter {
    override var count: Int = 0 // We are forced to add the mixin's state to the class using it

    fun hello() {
        println("Class does something")
    }
}
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这种方法比前一种方法更令人满意，原因如下：

  • 由于默认方法，使用 mixin 的类不需要实现 mixin 的行为
  • 一个类可以使用多个 mixin，因为 Kotlin 允许一个类实现多个接口。
  • 每个 mixin 都会创建一个类型，可用于根据其类包含的 mixin 来操作对象。

但是，此实现仍然存在一个重大限制：mixin 不能包含状态。事实上，虽然 Kotlin 中的接口可以定义属性，但它们不能直接初始化它们。因此，每个使用 mixin 的类都必须定义 mixin 操作所需的所有属性。这不符合我们不希望使用 mixin 来强制我们向​​使用它的类添加属性或方法的约束。

因此，我们需要找到一种解决方案，使 mixin 具有状态，同时保持接口作为同时具有类型和使用多个 mixin 的能力的唯一方法。

委托来遏制 Mixin 的状态

这个解决方案定义 mixin 稍微复杂一些；但是，它对使用它的类没有影响。技巧是将每个 mixin 与一个对象关联起来，以包含 mixin 可能需要的状态。我们将通过将这个对象与 Kotlin 的委托功能相关联来使用该对象，以便为每次使用 mixin 创建该对象。

这是满足所有约束的基本解决方案：

class MyClass {
    private val mixin = Counter()

    fun myFunction() {
        mixin.increment()

        // ...
    }
}
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最终实施

我们可以进一步改进实现：CounterHolder 类是一个实现细节，不需要知道它的名称会很有趣。

为了实现这一点，我们将使用 mixin 接口上的伴随对象和“工厂方法”模式来创建包含 mixin 状态的对象。我们还将使用一些 Kotlin 黑魔法，因此我们不需要知道这个方法的名称：

interface Counter {
    var count: Int
    fun increment() {
        println("Mixin does its job")
    }
    fun get(): Int = count
}

class MyClass: Counter {
    override var count: Int = 0 // We are forced to add the mixin's state to the class using it

    fun hello() {
        println("Class does something")
    }
}
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局限性

mixin 的这种实现并不完美（在我看来，如果没有语言级别的支持，任何一个都不可能是完美的）。特别是，它存在以下缺点：

  • 所有 mixin 方法都必须是公共的。一些 mixin 包含旨在由使用 mixin 的类使用的方法，以及其他如果从外部调用则更有意义的方法。由于 mixin 在接口上定义了其方法，因此不可能强制编译器验证这些约束。然后我们必须依赖文档或静态代码分析工具。
  • Mixin 方法无法使用 mixin 访问类的实例。在委托声明时，实例尚未初始化，我们无法将其传递给 mixin。 
interface Counter {
    fun increment()
    fun get(): Int
}

class CounterHolder: Counter {
    var count: Int = 0
    override fun increment() {
        count++
    }
    override fun get(): Int = count
}

class MyClass: Counter by CounterHolder() {
    fun hello() {
        increment()
        // The rest of the method...
    }
}
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如果你在 mixin 中使用它，你会引用 Holder 类实例。

示例

为了加深对我在本文中提出的模式的理解，这里有一些 mixins 的实际示例。

可审计

这个 mixin 允许类“记录”对该类的实例执行的操作。 mixin 提供了另一种方法来检索最新事件。

class MyClass {
    private val mixin = Counter()

    fun myFunction() {
        mixin.increment()

        // ...
    }
}
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可观察的

Observable 设计模式可以使用 mixin 轻松实现。这样，可观察类不再需要定义订阅和通知逻辑，也不需要自己维护观察者列表。

interface Counter {
    var count: Int
    fun increment() {
        println("Mixin does its job")
    }
    fun get(): Int = count
}

class MyClass: Counter {
    override var count: Int = 0 // We are forced to add the mixin's state to the class using it

    fun hello() {
        println("Class does something")
    }
}
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但是，在这种特定情况下有一个缺点：notifyObservers 方法可以从 Catalog 类外部访问，即使我们可能更愿意将其保持为私有。但所有 mixin 方法都必须是公共的，才能从使用 mixin 的类中使用（因为我们不使用继承而是组合，即使 Kotlin 简化的语法使其看起来像继承）。

实体/身份

如果您的项目管理持久性业务数据和/或您至少部分实践 DDD（领域驱动设计），那么您的应用程序可能包含实体。实体是具有身份的类，通常实现为数字 ID 或 UUID。这个特性非常适合 mixin 的使用，这里是一个例子。

interface Counter {
    fun increment()
    fun get(): Int
}

class CounterHolder: Counter {
    var count: Int = 0
    override fun increment() {
        count++
    }
    override fun get(): Int = count
}

class MyClass: Counter by CounterHolder() {
    fun hello() {
        increment()
        // The rest of the method...
    }
}
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这个例子有点不同：我们看到没有什么可以阻止我们以不同的方式命名 Holder 类，也没有什么可以阻止我们在实例化期间传递参数。

结论

mixin 技术允许通过添加横向和可重用的行为来丰富类，而无需修改这些类来适应这些功能。尽管存在一些限制，mixins 有助于促进代码重用并隔离应用程序中多个类所共有的某些功能。

Mixin 是 Kotlin 开发者工具包中一个有趣的工具，我鼓励您在自己的代码中探索此方法，同时了解限制和替代方案。

  1. 有趣的事实：Kotlin 有一个 Trait 关键字，但它已被弃用并已被 Interface 取代（请参阅 https://blog.jetbrains.com/kotlin/2015/05/kotlin-m12-is-out/#traits -现在是接口）↩

  2. 基于 Mixin 的继承↩

  3. 类和混入↩

  4. 具有风格的面向对象编程 ↩

以上是使用委托在 Kotlin 中实现 Mixins（或 Traits）的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！

来源：dev.to
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