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淺談多態――概念描述

編輯:Delphi

      多態性,這個面向對象編程領域的核心概念,本身的內容博大精深,要以一文說清楚實在是不太可能。加之作者本人也還在不斷學習中,水平有限。因此本文只能描一下多態的輪廓,使讀者能夠了解個大概。如果有描的不准的地方,歡迎指出,或與作者探討(作者Email:[email protected]
     
      首先,什麼是多態(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多態的理論性的概念的描述。暫且引用一下CharlIE Calverts的對多態的描述吧――多態性是允許你將父對象設置成為和一個或更多的他的子對象相等的技術,賦值之後,父對象就可以根據當前賦值給它的子對象的特性以不同的方式運作(摘自“Delphi4 編程技術內幕”)。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。多態性在Object Pascal和C++中都是通過虛函數(Virtual Function)實現的。
     
      好,接著是“虛函數”(或者是“虛方法”)。虛函數就是允許被其子類重新定義的成員函數。而子類重新定義父類虛函數的做法,稱為“覆蓋”(override),或者稱為“重寫”。

      這裡有一個初學者經常混淆的概念。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的做法。而重載,是指允許存在多個同名函數,而這些函數的參數表不同(或許參數個數不同,或許參數類型不同,或許兩者都不同)。其實,重載的概念並不屬於“面向對象編程”,重載的實現是:編譯器根據函數不同的參數表,對同名函數的名稱做修飾,然後這些同名函數就成了不同的函數(至少對於編譯器來說是這樣的)。如,有兩個同名函數:function func(p:integer):integer;和function func(p:string):integer;。那麼編譯器做過修飾後的函數名稱可能是這樣的:int_func、str_func。對於這兩個函數的調用,在編譯器間就已經確定了,是靜態的(記住:是靜態)。也就是說,它們的地址在編譯期就綁定了(早綁定),因此,重載和多態無關!真正和多態相關的是“覆蓋”。當子類重新定義了父類的虛函數後,父類指針根據賦給它的不同的子類指針,動態(記住:是動態!)的調用屬於子類的該函數,這樣的函數調用在編譯期間是無法確定的(調用的子類的虛函數的地址無法給出)。因此,這樣的函數地址是在運行期綁定的(晚邦定)。結論就是:重載只是一種語言特性,與多態無關,與面向對象也無關!
     
      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。”
     
      那麼,多態的作用是什麼呢?我們知道,封裝可以隱藏實現細節,使得代碼模塊化;繼承可以擴展已存在的代碼模塊(類);它們的目的都是為了――代碼重用。而多態則是為了實現另一個目的――接口重用!而且現實往往是,要有效重用代碼很難,而真正最具有價值的重用是接口重用,因為“接口是公司最有價值的資源。設計接口比用一堆類來實現這個接口更費時間。而且接口需要耗費更昂貴的人力的時間。”
     
      其實,繼承的為重用代碼而存在的理由已經越來越薄弱,因為“組合”可以很好的取代繼承的擴展現有代碼的功能,而且“組合”的表現更好(至少可以防止“類爆炸”)。因此筆者個人認為,繼承的存在很大程度上是作為“多態”的基礎而非擴展現有代碼的方式了。
     
      什麼是接口重用?我們舉一個簡單的例子,假設我們有一個描述飛機的基類(Object Pascal語言描述,下同):
      type
          plane = class
          public
              procedure fly(); virtual; abstract; //起飛純虛函數
              procedure land(); virtual; abstract; //著陸純虛函數
              function modal() : string; virtual; abstract; //查尋型號純虛函數
          end;
     
      然後,我們從plane派生出兩個子類,直升機(copter)和噴氣式飛機(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;
     
      現在,我們要完成一個飛機控制系統,有一個全局的函數 plane_fly,它負責讓傳遞給它的飛機起飛,那麼,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(plane的子類對象)正常起飛!不管是直升機還是噴氣機,甚至是現在還不存在的,以後會增加的飛碟。因為,每個子類都已經定義了自己的起飛方式。
     
      可以看到 plane_fly函數接受參數的是 plane類對象引用,而實際傳遞給它的都是 plane的子類對象,現在回想一下開頭所描述的“多態”:多態性是允許你將父對象設置成為和一個或更多的他的子對象相等的技術,賦值之後,父對象就可以根據當前賦值給它的子對象的特性以不同的方式運作。
     
      很顯然,parent = child; 就是多態的實質!因為直升機“是一種”飛機,噴氣機也“是一種”飛機,因此,所有對飛機的操作,都可以對它們操作,此時,飛機類就作為一種接口。
     
      多態的本質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),只要這樣的賦值發生了,多態也就產生了,因為實行了“向上映射”。
     
      應用多態的例子非常普遍,在Delphi的VCL類庫中,最典型的就是:TObject類有一個虛擬的Destroy虛構函數和一個非虛擬的Free函數。Free函數中是調用Destroy的。因此,當我們對任何對象(都是TObject的子類對象)調用 .Free();之後,都會執行 TObject.Free();,它會調用我們所使用的對象的析構函數 Destroy();。這就保證了任何類型的對象都可以正確地被析構。

      多態性作為面向對象最重要的特性,本文所提不過是滄海一粟,還有很多內容。如果可能,希望會有後文繼續探討多態。

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