1.6 多態對象的互換使用 · Java 編程思想

# 1.6 多態對象的互換使用通常，繼承最終會以創建一系列類收場，所有類都建立在統一的接口基礎上。我們用一幅顛倒的樹形圖來闡明這一點（注釋⑤）： ⑤：這兒采用了“統一記號法”，本書將主要采用這種方法。 ![](https://box.kancloud.cn/052c58009010c233e9c1345134d0156a_341x264.gif) 對這樣的一系列類，我們要進行的一項重要處理就是將派生類的對象當作基類的一個對象對待。這一點是非常重要的，因為它意味著我們只需編寫單一的代碼，令其忽略類型的特定細節，只與基類打交道。這樣一來，那些代碼就可與類型信息分開。所以更易編寫，也更易理解。此外，若通過繼承增添了一種新類型，如“三角形”，那么我們為“幾何形狀”新類型編寫的代碼會象在舊類型里一樣良好地工作。所以說程序具備了“擴展能力”，具有“擴展性”。以上面的例子為基礎，假設我們用Java寫了這樣一個函數： ``` void doStuff(Shape s) { s.erase(); // ... s.draw(); } ``` 這個函數可與任何“幾何形狀”（`Shape`）通信，所以完全獨立于它要描繪（`draw`）和刪除（`erase`）的任何特定類型的對象。如果我們在其他一些程序里使用`doStuff()`函數： ``` Circle c = new Circle(); Triangle t = new Triangle(); Line l = new Line(); doStuff(c); doStuff(t); doStuff(l); ``` 那么對`doStuff()`的調用會自動良好地工作，無論對象的具體類型是什么。這實際是一個非常有用的編程技巧。請考慮下面這行代碼： ``` doStuff(c); ``` 此時，一個`Circle`（圓）引用傳遞給一個本來期待`Shape`（形狀）引用的函數。由于圓是一種幾何形狀，所以`doStuff()`能正確地進行處理。也就是說，凡是`doStuff()`能發給一個`Shape`的消息，`Circle`也能接收。所以這樣做是安全的，不會造成錯誤。我們將這種把派生類型當作它的基本類型處理的過程叫作“Upcasting”（向上轉換）。其中，“cast”（轉換）是指根據一個現成的模型創建；而“Up”（向上）表明繼承的方向是從“上面”來的——即基類位于頂部，而派生類在下方展開。所以，根據基類進行轉換就是一個從上面繼承的過程，即“Upcasting”。在面向對象的程序里，通常都要用到向上轉換技術。這是避免去調查準確類型的一個好辦法。請看看`doStuff()`里的代碼： ``` s.erase(); // ... s.draw(); ``` 注意它并未這樣表達：“如果你是一個`Circle`，就這樣做；如果你是一個`Square`，就那樣做；等等”。若那樣編寫代碼，就需檢查一個`Shape`所有可能的類型，如圓、矩形等等。這顯然是非常麻煩的，而且每次添加了一種新的`Shape`類型后，都要相應地進行修改。在這兒，我們只需說：“你是一種幾何形狀，我知道你能將自己刪掉，即`erase()`；請自己采取那個行動，并自己去控制所有的細節吧。” ## 1.6.1 動態綁定在`doStuff()`的代碼里，最讓人吃驚的是盡管我們沒作出任何特殊指示，采取的操作也是完全正確和恰當的。我們知道，為`Circle`調用`draw()`時執行的代碼與為一個`Square`或`Line`調用`draw()`時執行的代碼是不同的。但在將`draw()`消息發給一個匿名`Shape`時，根據`Shape`引用當時連接的實際類型，會相應地采取正確的操作。這當然令人驚訝，因為當Java編譯器為`doStuff()`編譯代碼時，它并不知道自己要操作的準確類型是什么。盡管我們確實可以保證最終會為`Shape`調用`erase()`，為`Shape`調用`draw()`，但并不能保證為特定的`Circle`，`Square`或者`Line`調用什么。然而最后采取的操作同樣是正確的，這是怎么做到的呢？將一條消息發給對象時，如果并不知道對方的具體類型是什么，但采取的行動同樣是正確的，這種情況就叫作“多態性”（Polymorphism）。對面向對象的程序設計語言來說，它們用以實現多態性的方法叫作“動態綁定”。編譯器和運行期系統會負責對所有細節的控制；我們只需知道會發生什么事情，而且更重要的是，如何利用它幫助自己設計程序。有些語言要求我們用一個特殊的關鍵字來允許動態綁定。在C++中，這個關鍵字是`virtual`。在Java中，我們則完全不必記住添加一個關鍵字，因為函數的動態綁定是自動進行的。所以在將一條消息發給對象時，我們完全可以肯定對象會采取正確的行動，即使其中涉及向上轉換之類的處理。 ## 1.6.2 抽象的基類和接口設計程序時，我們經常都希望基類只為自己的派生類提供一個接口。也就是說，我們不想其他任何人實際創建基類的一個對象，只對向上轉換成它，以便使用它們的接口。為達到這個目的，需要把那個類變成“抽象”的——使用`abstract`關鍵字。若有人試圖創建抽象類的一個對象，編譯器就會阻止他們。這種工具可有效強制實行一種特殊的設計。亦可用`abstract`關鍵字描述一個尚未實現的方法——作為一個“根”使用，指出：“這是適用于從這個類繼承的所有類型的一個接口函數，但目前尚沒有對它進行任何形式的實現。”抽象方法也許只能在一個抽象類里創建。繼承了一個類后，那個方法就必須實現，否則繼承的類也會變成“抽象”類。通過創建一個抽象方法，我們可以將一個方法置入接口中，不必再為那個方法提供可能毫無意義的主體代碼。 `interface`（接口）關鍵字將抽象類的概念更延伸了一步，它完全禁止了所有的函數定義。“接口”是一種相當有效和常用的工具。另外如果自己愿意，亦可將多個接口都合并到一起（不能從多個普通`class`或`abstract class`中繼承）。