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三谈多态——善用virtual

日期: 2002-04-30, 00:00   共 13,071 次阅读

  多态性,是一种能给程序带来灵活性的东西。看过《设计模式》的程序员应该都知道,相当多的模式(几乎所有)都是依靠多态来实现的,以此给程序提供可扩展、可重用性。在《再谈多态——向上映射及VMT/DMT》一文中,提到了多态性是依赖于虚函数/虚方法(即动态绑定)来实现的,也介绍了虚函数/虚方法(virtual)的实现方法。那么本文就来谈一下,如何使用virtual、善用virtual来获取多态性给我们带来的灵活性。

  实例是最好的教材,因此本文还是假设一个需求,写一个实例来讲解。不过,我想没有必要给出所有源码,因此在本文中有些实现的代码会粗略带过。另外,本文所有代码均为Object Pascal语言编写,实现环境为Delphi。

  另外,由于“方法(Method)”一词已经成为Object Pascal的术语,因此,以下称成员函数都为“方法”。也许C++程序员会不太适应这样的称呼(呵呵,我自己也不太适应),见谅吧。

  假设我们要编写一个纯文本内的编辑器,也就是记事本(呵呵,别嫌例子老套,记事本程序在相当多方面都是很好的教材),编辑控件我们一般会用TMemo或TRichEdit,但是它们的功能都不甚强大,也许我们目前没有,但日后会找到一个更好的第三方文本编辑控件(比如,支持语法着色的)。因此,我们必须为未来的改进留下方便之门,否则到时候再重写全部程序真是太傻了。

  界面层(菜单响应、状态显示等)对文本编辑器控件的控制的代码对于所有编辑器来说都是类似的,应该可以被重用。那么就必须将界面层的代码与编辑器控件的控制代码隔离开来。

  如何隔离?我们可以为所有的编辑器控件指定一个公共的接口(抽象类),界面层只看得到这个接口,只使用接口提供的功能,那么,我们更换任何编辑器控件时,都不必更改界面层的代码了。

  首先,抽象出编辑器的基本操作,如:Load(打开文本)、Save(保存到文件)、Copy(复制到剪贴板)等等,将这些操作作为public方法。其次,考虑这些操作中有哪些会涉及到具体相关控件的,对于这些操作,你有两种选择:1、如果完全依赖控件本身的,可以选择将其定义为虚方法或抽象虚方法(即C++中的纯虚函数);2、如果只是有部分代码依赖控件本身的,将这部分操作抽象到一个protected的抽象虚方法中,而将相同的部分代码写在基类中,并由基类的方法中调用protected的抽象虚方法。

  如果还没有完全明白,请看代码:

  TEditor = class // 抽象基类
  private
    m_FileName : String;
  protected
    function DoLoad(FileName : String) : Boolean; virtual; abstract;
  public
    function Load(FileName : String) : Boolean;
    function Save() : Boolean;
    function SaveAs(FileName : String) : Boolean; virtual; abstract;
    // … 其他需要的操作,由需求而定
  end;

  好,我们来详细说明一下TEditor为什么是这个样子的。其有一个私有成员,保存编辑器所对应的文件名。然后看public部分,它至少提供了三个操作:Load——从某文件中读取文本到编辑器;Save——将文本保存到文件,文件名为m_FileName所保存的;SaveAs——以指定的一个文件名保存文本。

  三个操作中,SaveAs为抽象虚方法,因为它的实际动作与每个编辑控件相关,而基类本身并不知道该如何保存文件。

  Save和Load都是非虚方法,其中Save的任务很简单,就是将文本以m_FileName所保存的文件名保存,其实现可以是调用抽象的SaveAs,只需要将文件名传给SaveAs即可。基类完全可以确定如何完成Save(因为它可以保证派生类实现了SaveAs),因此其为非虚方法。

  而Load呢?Load操作的步骤是:1、将文本从文件中读取到编辑器控件中;2、将m_FileName的值设置为所读取的文件名。其中第一个步骤与具体编辑器控件相关,应该是由派生类去实现它,第二个步骤派生类无法实现,因为派生类看不到私有的m_FileName成员。但即使把m_FileName移到protected节中,以使派生类可以访问它,也并非好办法,因为这样的话,在实现每个派生类时,都要记住设置m_FileName的值,这不仅造成代码重复(每个派生类都要这样做),而且这不应该是派生类的义务。因为m_FileName应该是基类的内部实现,对外不可见。因此,第二个步骤应该由基类来完成。如何达成这个目的呢?

  我们可以注意到,protected节中有一个DoLoad方法,它就被用来完成第一个步骤——每个编辑器控件去将文本读入编辑器。然后,DoLoad由Load方法中被选择在适当的时机调用。

  基类的实现如下:

  function TEditor.Load(FileName : String) : Boolean;
  begin
    Result := DoLoad(FileName);
    if Result then
      m_FileName := FileName;
  end;

  function TEditor.Save() : Boolean;
  begin
    SaveAs(m_FileName); // 调用抽象的 SaveAs
  end;

  接着,我们使用TMemo来实现一个编辑器类:

  TMemoEditor = class(TEditor)
  private
    m_Editor : TMemo;
  protected
    function DoLoad(FileName : String) : Boolean; override;
  public
    constructor Create();
    destrcutor Destroy(); override;

    function SaveAs(FileName : String) : Boolean; override;
    // …其它需要的操作
  end;

  在该派生类中,有一个私有成员,即TMemo控件的实例。然后覆盖(override)了基类的两个抽象虚方法:DoLoad和Save。

  其实现如下:

  function TMemoEditor.Create();
  begin
    // 创建TMemo实例
    m_Editor := TMemo.Create(nil);

    // 接着完成将TMemo实例置于界面上显示出来等操作,省略
  end;

  function TMemoEditor.Destroy();
  begin
    // 其他清理工作
    m_Editor.Free();
    m_Editor := nil;
  end;

  function TMemoEditor.DoLoad(FileName : String) : Boolean;
  begin
    Result := false;
    try
      m_Editor.LoadFromFile(FileName);
    except end;
    Result := true;
  end;

  function TMemoEditor.SaveAs(FileName : String) : Boolean;
  begin
    Result := false;
    try
      m_Editor.SaveToFile(FileName);
    except end;
    Result := true;
  end;

  很好,这样的实现已经可以使个部分运作正常了。如果,今后找到更好的编辑器控件,只需要从TEditor派生,再实现一个TXXXEditor类即可,其他部分的代码不用作任何改动。而且,具体实现的TXXXEditor类中的代码,只和具体控件本身特性相关(如:读取、保存文件的方法),而公共逻辑也已经在TEditor类中实现了。

  virtual的使用方法,基于笔者个人认识与经验:

  1、如果基类不知道如何实现某方法(只有派生类知道),而基类的其他方法又必须使用该方法,则把该方法声明为抽象虚方法—— virtual; abstract;(即C++的纯虚函数)。

  2、如果基类能够为某方法提供一种默认实现,但派生类可能完全重写这个实现,则将该方法声明为虚方法—— virtual;并实现默认算法。

  3、如果基类能够且必须提供某方法的部分的实现,而派生类必须提供另一部份的实现,则将该方法声明为非虚方法,并在基类中为其配套提供一个虚方法或抽象虚方法,以允许由基类本身调用和被派生类覆盖。犹如上例中的Load与DoLoad。

  善用virtual,善用多态,你的代码将更具灵活性!

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