深入理解 Dart 中的 Mixin

2020-11-09 本文已影响0人 Joker_Wan

在开始阅读此篇文章之前，我们可以先思考下如下问题：

什么是 Mixin ?
Mixin为什么会被设计出来，它解决了什么问题？
在 Mixin 被设计出来之前是如何解决此类问题？
Mixin 使用场景是什么？
Mixin 具体如何使用？

带着这5个问题再去阅读本篇文章，会让你对 Mixin 理解更加深刻。本篇文章主要理解Dart 中的 Mixin机制，后面有一篇文章分析Mixin机制在Flutter Framework 层的应用：Flutter APP 启动过程源码分析。

一个名为Animal的超类，它有三个子类:Mammal、Bird、Fish。在他们下面有一些具体的子类，每个子类都有不同的行为，这些行为是walk、swim、fly的子集。有些动物有共同的行为：如猫和鸽子都会行走，但猫不能飞。这些行为与具体的子类都有交集，所以我们无法在他们的父类中实现这些行为。

假设一个类可以继承多个父类，那我们可以创建三个类：Walk、Swim、Fly。只需要 Dove 和 Cat 都再继承 Walk 就可以满足。但是 Dart 是单继承的，所以此种方法无法实现。

那我们是不是可以创建三个接口类：Walk、Swim、Fly，让后让子类去实现对应的接口呢？答案是当然可以的，但是每个子类都要去实现一个或者多个接口，这并不是一个优雅的解决方案。

那有没有更优雅的解决方案呢？有，那就是 Mixin。mixin是面向对象程序设计语言中的类，提供了方法的实现。其他类可以访问mixin类的方法、变量而不必成为其子类。Mixin 的作用就是在多个类层次结构中重用类的代码。光听概念，我们可能不太好理解，先来第一个例子的代码

class A {
  String getMessage() => 'A';
}

class B {
  String getMessage() => 'B';
}

class P {
  String getMessage() => 'P';
}

class AB extends P with A, B {}

class BA extends P with B, A {}

void main() {
  String result = '';

  AB ab = AB();
  result += ab.getMessage();

  BA ba = BA();
  result += ba.getMessage();

  print(result);
}

我们先不看程序运行的结果，我们先来看看类 AB 定义

class AB extends P with A, B {}

由于 Mixin 的线性化特性，上述 AB 类的声明可以分解为如下几个步骤

class PA = P with A;
class PAB = PA with B;

class AB extends PAB {}

BA 类也是同理，最终的继承关系可以用下图表示

在 AB 和 P 之间创建新类，这些新类是超类 P 与 A 类和 B 类之间的混合类。

现在，我们再来看下上面代码执行的结果：答案是 “BA”

P with A得到了 PA，并且如果 A 与 P 中有同名方法，则 A 会覆盖 P 的同名方法，也就是说 PA 中的与 P 同名的方法就是 A 中的方法。同理，PAB 中的与 P 同名的方法就是 B 中的方法.

因为 PA 继承 P，PA 与 P 有同名方法 getMessage()，则 PA 重载了 P 的 getMessage()，同理 PAB 重载了 PA 的 getMessage()，由于 AB 是继承自 PAB 并且 AB 并没有重载 getMessage()，所以 ab.getMessage() 是调用 PAB 的 getMessage()，而 PAB 的 getMessage() 就是 B 的 getMessage()，所以 ab.getMessage() 输出的结果是 B，同理 ba.getMessage() 输出的结果是 A。

通过上面的例子的结果，我们来总结下 Mixin 非常重要的一个特性：

with 后面的类会覆盖前面的类的同名方法

为了加深对这个规律的理解，我再来看第二个例子

class A {
  printMessage() => print('A');
}

mixin B on A {
  printMessage() {
    super.printMessage();
    print('B');
  }
}

mixin C on B {
  printMessage() {
    super.printMessage();
    print('C');
  }
}

class D with A, B, C {
  printMessage() => super.printMessage();
}

void main() {
  D().printMessage();
}

在这个例子中，由于 D 并没有继承类，则默认继承 Object 类。

第一步 with A 就是 Object with A，此时 super 就是 Object 类。
第二步 with B，由于 mixin B 是 on A 的，所以对于 B 来说，其 super 就是 A。则 B 的 printMessage() 中会调用 A 的 printMessage()。
第三步 with C，由于 mixin C 是 on B 的，所以对于 C 来说，其 super 就是 B。则 C 的 printMessage() 中会调用 B 的 printMessage()。
第四步，D 继承的就是 ABC 的混合类，由于 A、B、C 三个类都有同名方法，则 B 会覆盖 A 的同名方法，C 会覆盖 B 的同名方法，最终ABC 的混合类中的方法就是 C 的 printMessage()。D 中的 super 就是 ABC 的混合类。

经过上面四个步骤，D().printMessage()最终的输出结果就是：

我们将上面的例子代码稍微改动下

class A {
  printMessage() => print('A');
}

class B {
  printMessage() => print('B');
}

mixin C on A {
  printMessage() {
    super.printMessage();
    print('C');
  }
}

class D with A, B, C {
  printMessage() => super.printMessage();
}

void main() {
  D().printMessage();
}

大家思考一下，这个例子的输出结果是什么🤔？
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先
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思
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考
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，
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结
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果
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在
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下
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面
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输出的结果是

有人可能会说，mixin C on A，那么 C 中的 super 不就是 A 吗，结果应该是 AC 才对啊。这是因为在 with A 和 with C之间还有一个with B，C 里面的 super 其实是 with A,B，所以 B 的 printMessage() 覆盖了 A 的 printMessage()，所以with A,B里面的 printMessage() 是 B 的 printMessage()，所以，输出的结果时 BC。若将 D 的声明改为

class D with A, C {
  printMessage() => super.printMessage();
}

后，输出的结果才是 AC。

使用 mixin 还有一点需要注意，若mixin C on A，则 D 在 with C 之前一定要先 with A，否则编译器会给出相应的错误提示

错误提示中已经给出了相应的解释，C 不能被混入到 Object 中，因为 Object 并没有实现 A。

这里对 mixin 做下简单的总结：

mixin 可以理解为对类的一种“增强”，但它与单继承兼容，因为它的继承关系是线性的。
with 后面的类会覆盖前面的类的同名方法
当我们想要在不共享相同类层次结构的多个类之间共享行为时，可以使用 mixin
当声明一个 mixin 时， on 后面的类是使用这个mixin 的父类约束。也就是说一个类若是要 with 这个 mixin，则这个类必须继承或实现这个 mixin 的父类约束

最后，看一下文章开头提到的 Animal 的完整示例

abstract class Animal {}

abstract class Mammal extends Animal {}

abstract class Bird extends Animal {}

abstract class Fish extends Animal {}

mixin Walker {
  void walk() {
    print("I'm walking");
  }
}

mixin Swimmer {
  void swim() {
    print("I'm swimming");
  }
}

mixin Flyer {
  void fly() {
    print("I'm flying");
  }
}
class Dolphin extends Mammal with Swimmer {}

class Bat extends Mammal with Walker, Flyer {}

class Cat extends Mammal with Walker {}

class Dove extends Bird with Walker, Flyer {}

class Duck extends Bird with Walker, Swimmer, Flyer {}

class Shark extends Fish with Swimmer {}

class FlyingFish extends Fish with Swimmer, Flyer {}

使用 mixin 之后，这些 mixin 的线性化继承关系如下图：

参考文章
https://medium.com/flutter-community/dart-what-are-mixins-3a72344011f3

深入理解 Dart 中的 Mixin

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