三談多態(tài)——善用virtual

作者：Nicrosoft（nicrosoft@sunistudio.com） —— 2002.4.30

出處：東日軟件開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)（SSDN） http://www.ssdn.net

　
　　多態(tài)性，是一種能給程序帶來(lái)靈活性的東西。看過(guò)《設(shè)計(jì)模式》的程序員應(yīng)該都知道，相當(dāng)多的模式（幾乎所有）都是依靠多態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以此給程序提供可擴(kuò)展、可重用性。在《再談多態(tài)——向上映射及VMT／DMT》一文中，提到了多態(tài)性是依賴于虛函數(shù)／虛方法（即動(dòng)態(tài)綁定）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也介紹了虛函數(shù)／虛方法（virtual）的實(shí)現(xiàn)方法。那么本文就來(lái)談一下，如何使用virtual、善用virtual來(lái)獲取多態(tài)性給我們帶來(lái)的靈活性。
　　
　　實(shí)例是最好的教材，因此本文還是假設(shè)一個(gè)需求，寫一個(gè)實(shí)例來(lái)講解。不過(guò)，我想沒(méi)有必要給出所有源碼，因此在本文中有些實(shí)現(xiàn)的代碼會(huì)粗略帶過(guò)。另外，本文所有代碼均為Object Pascal語(yǔ)言編寫，實(shí)現(xiàn)環(huán)境為Delphi。
　　
　　另外，由于“方法（Method）”一詞已經(jīng)成為Object Pascal的術(shù)語(yǔ)，因此，以下稱成員函數(shù)都為“方法”。也許C++程序員會(huì)不太適應(yīng)這樣的稱呼（呵呵，我自己也不太適應(yīng)），見(jiàn)諒吧。
　　
　　假設(shè)我們要編寫一個(gè)純文本內(nèi)的編輯器，也就是記事本（呵呵，別嫌例子老套，記事本程序在相當(dāng)多方面都是很好的教材），編輯控件我們一般會(huì)用TMemo或TRichEdit，但是它們的功能都不甚強(qiáng)大，也許我們目前沒(méi)有，但日后會(huì)找到一個(gè)更好的第三方文本編輯控件（比如，支持語(yǔ)法著色的）。因此，我們必須為未來(lái)的改進(jìn)留下方便之門，否則到時(shí)候再重寫全部程序真是太傻了。
　　
　　界面層（菜單響應(yīng)、狀態(tài)顯示等）對(duì)文本編輯器控件的控制的代碼對(duì)于所有編輯器來(lái)說(shuō)都是類似的，應(yīng)該可以被重用。那么就必須將界面層的代碼與編輯器控件的控制代碼隔離開(kāi)來(lái)。
　　
　　如何隔離？我們可以為所有的編輯器控件指定一個(gè)公共的接口（抽象類），界面層只看得到這個(gè)接口，只使用接口提供的功能，那么，我們更換任何編輯器控件時(shí)，都不必更改界面層的代碼了。
　　
　　首先，抽象出編輯器的基本操作，如：Load（打開(kāi)文本）、Save（保存到文件）、Copy（復(fù)制到剪貼板）等等，將這些操作作為public方法。其次，考慮這些操作中有哪些會(huì)涉及到具體相關(guān)控件的，對(duì)于這些操作，你有兩種選擇：1、如果完全依賴控件本身的，可以選擇將其定義為虛方法或抽象虛方法（即C++中的純虛函數(shù)）；2、如果只是有部分代碼依賴控件本身的，將這部分操作抽象到一個(gè)PRotected的抽象虛方法中，而將相同的部分代碼寫在基類中，并由基類的方法中調(diào)用protected的抽象虛方法。
　　
　　如果還沒(méi)有完全明白，請(qǐng)看代碼：
   
    TEditor = class // 抽象基類
　　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，我們來(lái)詳細(xì)說(shuō)明一下TEditor為什么是這個(gè)樣子的。其有一個(gè)私有成員，保存編輯器所對(duì)應(yīng)的文件名。然后看public部分，它至少提供了三個(gè)操作：Load——從某文件中讀取文本到編輯器；Save——將文本保存到文件，文件名為m_FileName所保存的；SaveAs——以指定的一個(gè)文件名保存文本。

　　三個(gè)操作中，SaveAs為抽象虛方法，因?yàn)樗膶?shí)際動(dòng)作與每個(gè)編輯控件相關(guān)，而基類本身并不知道該如何保存文件。

　　Save和Load都是非虛方法，其中Save的任務(wù)很簡(jiǎn)單，就是將文本以m_FileName所保存的文件名保存，其實(shí)現(xiàn)可以是調(diào)用抽象的SaveAs，只需要將文件名傳給SaveAs即可。基類完全可以確定如何完成Save（因?yàn)樗梢员ＷC派生類實(shí)現(xiàn)了SaveAs），因此其為非虛方法。

　　而Load呢？Load操作的步驟是：1、將文本從文件中讀取到編輯器控件中；2、將m_FileName的值設(shè)置為所讀取的文件名。其中第一個(gè)步驟與具體編輯器控件相關(guān)，應(yīng)該是由派生類去實(shí)現(xiàn)它，第二個(gè)步驟派生類無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榕缮惪床坏剿接械膍_FileName成員。但即使把m_FileName移到protected節(jié)中，以使派生類可以訪問(wèn)它，也并非好辦法，因?yàn)檫@樣的話，在實(shí)現(xiàn)每個(gè)派生類時(shí)，都要記住設(shè)置m_FileName的值，這不僅造成代碼重復(fù)（每個(gè)派生類都要這樣做），而且這不應(yīng)該是派生類的義務(wù)。因?yàn)閙_FileName應(yīng)該是基類的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，對(duì)外不可見(jiàn)。因此，第二個(gè)步驟應(yīng)該由基類來(lái)完成。如何達(dá)成這個(gè)目的呢？

　　我們可以注意到，protected節(jié)中有一個(gè)DoLoad方法，它就被用來(lái)完成第一個(gè)步驟——每個(gè)編輯器控件去將文本讀入編輯器。然后，DoLoad由Load方法中被選擇在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)調(diào)用。
　　
    基類的實(shí)現(xiàn)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); // 調(diào)用抽象的 SaveAs
    end;
　　
　　接著，我們使用TMemo來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)編輯器類：
　　
　　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;
　　
　　在該派生類中，有一個(gè)私有成員，即TMemo控件的實(shí)例。然后覆蓋（override）了基類的兩個(gè)抽象虛方法：DoLoad和Save。
　　
　　其實(shí)現(xiàn)如下：
　　function TMemoEditor.Create();
　　begin
　　    // 創(chuàng)建TMemo實(shí)例
        m_Editor := TMemo.Create(nil);
　　   
        // 接著完成將TMemo實(shí)例置于界面上顯示出來(lái)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，這樣的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)可以使個(gè)部分運(yùn)作正常了。如果，今后找到更好的編輯器控件，只需要從TEditor派生，再實(shí)現(xiàn)一個(gè)TXXXEditor類即可，其他部分的代碼不用作任何改動(dòng)。而且，具體實(shí)現(xiàn)的TXXXEditor類中的代碼，只和具體控件本身特性相關(guān)（如：讀取、保存文件的方法），而公共邏輯也已經(jīng)在TEditor類中實(shí)現(xiàn)了。
　　
　　virtual的使用方法，基于筆者個(gè)人認(rèn)識(shí)與經(jīng)驗(yàn)：
　　
　　1、如果基類不知道如何實(shí)現(xiàn)某方法（只有派生類知道），而基類的其他方法又必須使用該方法，則把該方法聲明為抽象虛方法—— virtual; abstract;（即C++的純虛函數(shù)）。
　　
　　2、如果基類能夠?yàn)槟撤椒ㄌ峁┮环N默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，但派生類可能完全重寫這個(gè)實(shí)現(xiàn)，則將該方法聲明為虛方法—— virtual;并實(shí)現(xiàn)默認(rèn)算法。

　　3、如果基類能夠且必須提供某方法的部分的實(shí)現(xiàn)，而派生類必須提供另一部份的實(shí)現(xiàn)，則將該方法聲明為非虛方法，并在基類中為其配套提供一個(gè)虛方法或抽象虛方法，以允許由基類本身調(diào)用和被派生類覆蓋。猶如上例中的Load與DoLoad。
　　
　　善用virtual，善用多態(tài)，你的代碼將更具靈活性！