深入理解 Dart 中的 Mixin

在开始阅读此篇文章之前,我们可以先思考下如下问题:

  1. 什么是 Mixin ?
  2. Mixin为什么会被设计出来,它解决了什么问题?
  3. 在 Mixin 被设计出来之前是如何解决此类问题?
  4. Mixin 使用场景是什么?
  5. 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 Mixinmixin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。

  1. 第一步 with A 就是 Object with A,此时 super 就是 Object 类。
  2. 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()。
  3. 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()。
  4. 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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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 Awith 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,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

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