摘要:
java程序员经常运用对象的多态性使其在适当的地方调用适当的方法,显得很神奇。这种方法通过继续机制来实现。然而,一个严谨的实验可以使其变得很明白,并揭示了,把多态性理解为与类型相关的概念更为合适,比继续机制的解释更好。这种理解可以帮助程序员更好的运用多态。
------WM.保罗 罗格斯
“polymorphism(多态)”一词来自希腊语,意为“多种形式”。多数Java程序员把多态看作对象的一种能力,使其能调用正确的方法版本。尽管如此,这种面向实现的观点导致了多态的神奇功能,胜于仅仅把多态看成纯粹的概念。
Java中的多态总是子类型的多态。几乎是机械式产生了一些多态的行为,使我们不去考虑其中涉及的类型问题。本文研究了一种面向类型的对象观点,分析了如何将对象能够表现的行为和对象即将表现的行为分离开来。抛开Java中的多态都是来自继续的概念,我们仍然可以感到,Java中的接口是一组没有公共代码的对象共享实现。
多态的分类
多态在面向对象语言中是个很普遍的概念.虽然我们经常把多态混为一谈,但实际上有四种不同类型的多态。在开始正式的子类型多态的细节讨论前,然我们先来看看普通面向对象中的多态。
LUCa Cardelli和Peter Wegner("On Understanding Types, Data Abstraction, and Polymorphism"一文的作者, 文章参考资源链接)把多态分为两大类----特定的和通用的----四小类:强制的,重载的,参数的和包含的。他们的结构如下:
在这样一个体系中,多态表现出多种形式的能力。通用多态引用有相同结构类型的大量对象,他们有着共同的特征。特定的多态涉及的是小部分没有相同特征的对象。四种多态可做以下描述:
强制的:一种隐式做类型转换的方法。
重载的:将一个标志符用作多个意义。
参数的:为不同类型的参数提供相同的操作。
包含的:类包含关系的抽象操作。
我将在讲述子类型多态前简单介绍一下这几种多态。
强制的多态
强制多态隐式的将参数按某种方法,转换成编译器认为正确的类型以避免错误。在以下的表达式中,编译器必须决定二元运算符‘+’所应做的工作:
2.0 + 2.0
2.0 + 2
2.0 + "2"
第一个表达式将两个double的操作数相加;Java中非凡声明了这种用法。
第二个表达式将double型和int相加。Java中没有明确定义这种运算。不过,编译器隐式的将第二个操作数转换为double型,并作double型的加法。做对程序员来说十分方便,否则将会抛出一个编译错误,或者强制程序员显式的将int转换为double。
第三个表达式将double与一个String相加。Java中同样没有定义这样的操作。所以,编译器将double转换成String类型,并将他们做串联。
强制多态也会发生在方法调用中。假设类Derived继续了类Base,类C有一个方法,原型为m(Base),在下面的代码中,编译器隐式的将Derived类的对象derived转化为Base类的对象。这种隐式的转换使m(Base)方法使用所有能转换成Base类的所有参数。
C c = new C();
Derived derived = new Derived();
c.m( derived );
并且,隐式的强制转换,可以避免类型转换的麻烦,减少编译错误。当然,编译器仍然会优先验证符合定义的对象类型。
重载的多态
重载答应用相同的运算符或方法,去表示截然不同的意义。‘+’在上面的程序中有两个意思:两个double型的数相加;两个串相连。另外还有整型相加,长整型,等等。这些运算符的重载,依靠于编译器根据上下文做出的选择。以往的编译器会把操作数隐式转换为完全符合操作符的类型。虽然Java明确支持重载,但不支持用户定义的操作符重载。
Java支持用户定义的函数重载。一个类中可以有相同名字的方法,这些方法可以有不同的意义。这些重载的方法中,必须满足参数数目不同,相同位置上的参数类型不同。这些不同可以帮助编译器区分不同版本的方法。
编译器以这种唯一表示的特征来表示不同的方法,比用名字表示更为有效。据此,所有的多态行为都能编译通过。
强制和重载的多态都被分类为特定的多态,因为这些多态都是在特定的意义上的。这些被划入多态的特性给程序员带来了很大的方便。强制多态排除了麻烦的类型和编译错误。重载多态像一块糖,答应程序员用相同的名字表示不同的方法,很方便。
参数的多态
参数多态答应把许多类型抽象成单一的表示。例如,List抽象类中,描述了一组具有同样特征的对象,提供了一个通用的模板。你可以通过指定一种类型以重用这个抽象类。这些参数可以是任何用户定义的类型,大量的用户可以使用这个抽象类,因此参数多态毫无疑问的成为最强大的多态。
乍一看,上面抽象类似乎是java.util.List的功能。然而,Java实际上并不支持真正的安全类型风格的参数多态,这也是java.util.List和java.util的其他集合类是用原始的java.lang.Object写的原因(参考我的文章"A PRimordial Interface?" 以获得更多细节)。Java的单根继续方式解决了部分问题,但没有发挥出参数多态的全部功能。Eric Allen有一篇出色的文章“Behold the Power of Parametric Polymorphism”,描述了Java通用类型的需求,并建议给Sun的Java规格需求#000014号文档"Add Generic Types to the Java Programming Language."(参考资源链接)
包含的多态
包含多态通过值的类型和集合的包含关系实现了多态的行为.在包括Java在内的众多面向对象语言中,包含关系是子类型的。所以,Java的包含多态是子类型的多态。
在早期,Java开发者们所提及的多态就特指子类型的多态。通过一种面向类型的观点,我们可以看到子类型多态的强大功能。以下的文章中我们将仔细探讨这个问题。为简明起见,下文中的多态均指包含多态。