多態(tài)性,這個(gè)面向?qū)ο缶幊填I(lǐng)域的核心概念,本身的內(nèi)容博大精深,要以一文說清楚實(shí)在是不太可能。加之作者本人也還在不斷學(xué)習(xí)中,水平有限。因此本文只能描一下多態(tài)的輪廓,使讀者能夠了解個(gè)大概。如果有描的不準(zhǔn)的地方,歡迎指出,或與作者探討(作者Email:nicrosoft@sunistudio.com)
首先,什么是多態(tài)(Polymorphisn)?按字面的意思就是“多種形狀”。我手頭的書上沒有找到一個(gè)多態(tài)的理論性的概念的描述。暫且引用一下Charlie Calverts的對(duì)多態(tài)的描述吧——多態(tài)性是允許你將父對(duì)象設(shè)置成為和一個(gè)或更多的他的子對(duì)象相等的技術(shù),賦值之后,父對(duì)象就可以根據(jù)當(dāng)前賦值給它的子對(duì)象的特性以不同的方式運(yùn)作(摘自“Delphi4 編程技術(shù)內(nèi)幕”)。簡單的說,就是一句話:允許將子類類型的指針賦值給父類類型的指針。多態(tài)性在Object Pascal和C++中都是通過虛函數(shù)(Virtual Function)實(shí)現(xiàn)的。
好,接著是“虛函數(shù)”(或者是“虛方法”)。虛函數(shù)就是允許被其子類重新定義的成員函數(shù)。而子類重新定義父類虛函數(shù)的做法,稱為“覆蓋”(override),或者稱為“重寫”。
這里有一個(gè)初學(xué)者經(jīng)常混淆的概念。覆蓋(override)和重載(overload)。上面說了,覆蓋是指子類重新定義父類的虛函數(shù)的做法。而重載,是指允許存在多個(gè)同名函數(shù),而這些函數(shù)的參數(shù)表不同(或許參數(shù)個(gè)數(shù)不同,或許參數(shù)類型不同,或許兩者都不同)。其實(shí),重載的概念并不屬于“面向?qū)ο缶幊?#8221;,重載的實(shí)現(xiàn)是:編譯器根據(jù)函數(shù)不同的參數(shù)表,對(duì)同名函數(shù)的名稱做修飾,然后這些同名函數(shù)就成了不同的函數(shù)(至少對(duì)于編譯器來說是這樣的)。如,有兩個(gè)同名函數(shù):function func(p:integer):integer;和function func(p:string):integer;。那么編譯器做過修飾后的函數(shù)名稱可能是這樣的:int_func、str_func。對(duì)于這兩個(gè)函數(shù)的調(diào)用,在編譯器間就已經(jīng)確定了,是靜態(tài)的(記住:是靜態(tài))。也就是說,它們的地址在編譯期就綁定了(早綁定),因此,重載和多態(tài)無關(guān)!真正和多態(tài)相關(guān)的是“覆蓋”。當(dāng)子類重新定義了父類的虛函數(shù)后,父類指針根據(jù)賦給它的不同的子類指針,動(dòng)態(tài)(記住:是動(dòng)態(tài)!)的調(diào)用屬于子類的該函數(shù),這樣的函數(shù)調(diào)用在編譯期間是無法確定的(調(diào)用的子類的虛函數(shù)的地址無法給出)。因此,這樣的函數(shù)地址是在運(yùn)行期綁定的(晚邦定)。結(jié)論就是:重載只是一種語言特性,與多態(tài)無關(guān),與面向?qū)ο笠矡o關(guān)!
引用一句Bruce Eckel的話:“不要犯傻,如果它不是晚邦定,它就不是多態(tài)。”
那么,多態(tài)的作用是什么呢?我們知道,封裝可以隱藏實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié),使得代碼模塊化;繼承可以擴(kuò)展已存在的代碼模塊(類);它們的目的都是為了——代碼重用。而多態(tài)則是為了實(shí)現(xiàn)另一個(gè)目的——接口重用!而且現(xiàn)實(shí)往往是,要有效重用代碼很難,而真正最具有價(jià)值的重用是接口重用,因?yàn)?#8220;接口是公司最有價(jià)值的資源。設(shè)計(jì)接口比用一堆類來實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口更費(fèi)時(shí)間。而且接口需要耗費(fèi)更昂貴的人力的時(shí)間。”
其實(shí),繼承的為重用代碼而存在的理由已經(jīng)越來越薄弱,因?yàn)?#8220;組合”可以很好的取代繼承的擴(kuò)展現(xiàn)有代碼的功能,而且“組合”的表現(xiàn)更好(至少可以防止“類爆炸”)。因此筆者個(gè)人認(rèn)為,繼承的存在很大程度上是作為“多態(tài)”的基礎(chǔ)而非擴(kuò)展現(xiàn)有代碼的方式了。
什么是接口重用?我們舉一個(gè)簡單的例子,假設(shè)我們有一個(gè)描述飛機(jī)的基類(Object Pascal語言描述,下同):
type
plane = class
public
procedure fly(); virtual; abstract; //起飛純虛函數(shù)
procedure land(); virtual; abstract; //著陸純虛函數(shù)
function modal() : string; virtual; abstract; //查尋型號(hào)純虛函數(shù)
end;
然后,我們從plane派生出兩個(gè)子類,直升機(jī)(copter)和噴氣式飛機(jī)(jet):
copter = class(plane)
private
fModal : String;
public
constructor Create();
destructor Destroy(); override;
procedure fly(); override;
procedure land(); override;
function modal() : string; override;
end;
jet = class(plane)
private
fModal : String;
public
constructor Create();
destructor Destroy(); override;
procedure fly(); override;
procedure land(); override;
function modal() : string; override;
end;
現(xiàn)在,我們要完成一個(gè)飛機(jī)控制系統(tǒng),有一個(gè)全局的函數(shù) plane_fly,它負(fù)責(zé)讓傳遞給它的飛機(jī)起飛,那么,只需要這樣:
procedure plane_fly(const pplane : plane);
begin
pplane.fly();
end;
就可以讓所有傳給它的飛機(jī)(plane的子類對(duì)象)正常起飛!不管是直升機(jī)還是噴氣機(jī),甚至是現(xiàn)在還不存在的,以后會(huì)增加的飛碟。因?yàn)椋總€(gè)子類都已經(jīng)定義了自己的起飛方式。
可以看到 plane_fly函數(shù)接受參數(shù)的是 plane類對(duì)象引用,而實(shí)際傳遞給它的都是 plane的子類對(duì)象,現(xiàn)在回想一下開頭所描述的“多態(tài)”:多態(tài)性是允許你將父對(duì)象設(shè)置成為和一個(gè)或更多的他的子對(duì)象相等的技術(shù),賦值之后,父對(duì)象就可以根據(jù)當(dāng)前賦值給它的子對(duì)象的特性以不同的方式運(yùn)作。
很顯然,parent = child; 就是多態(tài)的實(shí)質(zhì)!因?yàn)橹鄙龣C(jī)“是一種”飛機(jī),噴氣機(jī)也“是一種”飛機(jī),因此,所有對(duì)飛機(jī)的操作,都可以對(duì)它們操作,此時(shí),飛機(jī)類就作為一種接口。
多態(tài)的本質(zhì)就是將子類類型的指針賦值給父類類型的指針(在OP中是引用),只要這樣的賦值發(fā)生了,多態(tài)也就產(chǎn)生了,因?yàn)閷?shí)行了“向上映射”。
應(yīng)用多態(tài)的例子非常普遍,在Delphi的VCL類庫中,最典型的就是:TObject類有一個(gè)虛擬的Destroy虛構(gòu)函數(shù)和一個(gè)非虛擬的Free函數(shù)。Free函數(shù)中是調(diào)用Destroy的。因此,當(dāng)我們對(duì)任何對(duì)象(都是TObject的子類對(duì)象)調(diào)用 .Free();之后,都會(huì)執(zhí)行 TObject.Free();,它會(huì)調(diào)用我們所使用的對(duì)象的析構(gòu)函數(shù) Destroy();。這就保證了任何類型的對(duì)象都可以正確地被析構(gòu)。
多態(tài)性作為面向?qū)ο笞钪匾奶匦裕疚乃岵贿^是滄海一粟,還有很多內(nèi)容。如果可能,希望會(huì)有后文繼續(xù)探討多態(tài)