chapter8.htm

一本Java由初级到高级的编程书籍

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2. 属性：Hashtable的一种类型<br>
在本书的第一个例子中，我们使用了一个名为Properties（属性）的Hashtable类型。在那个例子中，下述程序行：<br>
Properties p = System.getProperties();<br>
p.list(System.out);<br>
调用了一个名为getProperties()的static方法，用于获得一个特殊的Properties对象，对系统的某些特征进行描述。list()属于Properties的一个方法，可将内容发给我们选择的任何流式输出。也有一个save()方法，可用它将属性列表写入一个文件，以便日后用load()方法读取。<br>
尽管Properties类是从Hashtable继承的，但它也包含了一个散列表，用于容纳“默认”属性的列表。所以假如没有在主列表里找到一个属性，就会自动搜索默认属性。<br>
Properties类亦可在我们的程序中使用（第17章的ClassScanner.java便是一例）。在Java库的用户文档中，往往可以找到更多、更详细的说明。<br>
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8.4.5 再论枚举器<br>
我们现在可以开始演示Enumeration（枚举）的真正威力：将穿越一个序列的操作与那个序列的基础结构分隔开。在下面的例子里，PrintData类用一个Enumeration在一个序列中移动，并为每个对象都调用toString()方法。此时创建了两个不同类型的集合：一个Vector和一个Hashtable。并且在它们里面分别填充Mouse和Hamster对象（本章早些时候已定义了这些类；注意必须先编译HamsterMaze.java和WorksAnyway.java，否则下面的程序不能编译）。由于Enumeration隐藏了基层集合的结构，所以PrintData不知道或者不关心Enumeration来自于什么类型的集合：<br>
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354页程序<br>
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注意PrintData.print()利用了这些集合中的对象属于Object类这一事实，所以它调用了toString()。但在解决自己的实际问题时，经常都要保证自己的Enumeration穿越某种特定类型的集合。例如，可能要求集合中的所有元素都是一个Shape（几何形状），并含有draw()方法。若出现这种情况，必须从Enumeration.nextElement()返回的Object进行下溯造型，以便产生一个Shape。<br>
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8.5 排序<br>
Java 1.0和1.1库都缺少的一样东西是算术运算，甚至没有最简单的排序运算方法。因此，我们最好创建一个Vector，利用经典的Quicksort（快速排序）方法对其自身进行排序。<br>
编写通用的排序代码时，面临的一个问题是必须根据对象的实际类型来执行比较运算，从而实现正确的排序。当然，一个办法是为每种不同的类型都写一个不同的排序方法。然而，应认识到假若这样做，以后增加新类型时便不易实现代码的重复利用。<br>
程序设计一个主要的目标就是“将发生变化的东西同保持不变的东西分隔开”。在这里，保持不变的代码是通用的排序算法，而每次使用时都要变化的是对象的实际比较方法。因此，我们不可将比较代码“硬编码”到多个不同的排序例程内，而是采用“回调”技术。利用回调，经常发生变化的那部分代码会封装到它自己的类内，而总是保持相同的代码则“回调”发生变化的代码。这样一来，不同的对象就可以表达不同的比较方式，同时向它们传递相同的排序代码。<br>
下面这个“接口”（Interface）展示了如何比较两个对象，它将那些“要发生变化的东西”封装在内：<br>
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355页中程序<br>
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对这两种方法来说，lhs代表本次比较中的“左手”对象，而rhs代表“右手”对象。<br>
可创建Vector的一个子类，通过Compare实现“快速排序”。对于这种算法，包括它的速度以及原理等等，在此不具体说明。欲知详情，可参考Binstock和Rex编著的《Practical 
Algorithms for Programmers》，由Addison-Wesley于1995年出版。<br>
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355-356页程序<br>
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现在，大家可以明白“回调”一词的来历，这是由于quickSort()方法“往回调用”了Compare中的方法。从中亦可理解这种技术如何生成通用的、可重复利用（再生）的代码。<br>
为使用SortVector，必须创建一个类，令其为我们准备排序的对象实现Compare。此时内部类并不显得特别重要，但对于代码的组织却是有益的。下面是针对String对象的一个例子：<br>
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356-357页程序<br>
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内部类是“静态”（Static）的，因为它毋需连接一个外部类即可工作。<br>
大家可以看到，一旦设置好框架，就可以非常方便地重复使用象这样的一个设计——只需简单地写一个类，将“需要发生变化”的东西封装进去，然后将一个对象传给SortVector即可。<br>
比较时将字串强制为小写形式，所以大写A会排列于小写a的旁边，而不会移动一个完全不同的地方。然而，该例也显示了这种方法的一个不足，因为上述测试代码按照出现顺序排列同一个字母的大写和小写形式：A 
a b B c C d D。但这通常不是一个大问题，因为经常处理的都是更长的字串，所以上述效果不会显露出来（Java 
1.2的集合提供了排序功能，已解决了这个问题）。<br>
继承（extends）在这儿用于创建一种新类型的Vector——也就是说，SortVector属于一种Vector，并带有一些附加的功能。继承在这里可发挥很大的作用，但了带来了问题。它使一些方法具有了final属性（已在第7章讲述），所以不能覆盖它们。如果想创建一个排好序的Vector，令其只接收和生成String对象，就会遇到麻烦。因为addElement()和elementAt()都具有final属性，而且它们都是我们必须覆盖的方法，否则便无法实现只能接收和产生String对象。<br>
但在另一方面，请考虑采用“合成”方法：将一个对象置入一个新类的内部。此时，不是改写上述代码来达到这个目的，而是在新类里简单地使用一个SortVector。在这种情况下，用于实现Compare接口的内部类就可以“匿名”地创建。如下所示：<br>
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358-359页程序<br>
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这样便可快速再生来自SortVector的代码，从而获得希望的功能。然而，并不是来自SortVector和Vector的所有public方法都能在StrSortVector中出现。若按这种形式再生代码，可在新类里为包含类内的每一个方法都生成一个定义。当然，也可以在刚开始时只添加少数几个，以后根据需要再添加更多的。新类的设计最终会稳定下来。<br>
这种方法的好处在于它仍然只接纳String对象，也只产生String对象。而且相应的检查是在编译期间进行的，而非在运行期。当然，只有addElement()和elementAt()才具备这一特性；elements()仍然会产生一个Enumeration（枚举），它在编译期的类型是未定的。当然，对Enumeration以及在StrSortVector中的类型检查会照旧进行；如果真的有什么错误，运行期间会简单地产生一个违例。事实上，我们在编译或运行期间能保证一切都正确无误吗？（也就是说，“代码测试时也许不能保证”，以及“该程序的用户有可能做一些未经我们测试的事情”）。尽管存在其他选择和争论，使用继承都要容易得多，只是在造型时让人深感不便。同样地，一旦为Java加入参数化类型，就有望解决这个问题。<br>
大家在这个类中可以看到有一个名为“sorted”的标志。每次调用addElement()时，都可对Vector进行排序，而且将其连续保持在一个排好序的状态。但在开始读取之前，人们总是向一个Vector添加大量元素。所以与其在每个addElement()后排序，不如一直等到有人想读取Vector，再对其进行排序。后者的效率要高得多。这种除非绝对必要，否则就不采取行动的方法叫作“懒惰求值”（还有一种类似的技术叫作“懒惰初始化”——除非真的需要一个字段值，否则不进行初始化）。<br>
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8.6 通用集合库<br>
通过本章的学习，大家已知道标准Java库提供了一些特别有用的集合，但距完整意义的集合尚远。除此之外，象排序这样的算法根本没有提供支持。C++出色的一个地方就是它的库，特别是“标准模板库”（STL）提供了一套相当完整的集合，以及许多象排序和检索这样的算法，可以非常方便地对那些集合进行操作。有感这一现状，并以这个模型为基础，ObjectSpace公司设计了Java版本的“通用集合库”（从前叫作“Java通用库”，即JGL；但JGL这个缩写形式侵犯了Sun公司的版权——尽管本书仍然沿用这个简称）。这个库尽可能遵照STL的设计（照顾到两种语言间的差异）。JGL实现了许多功能，可满足对一个集合库的大多数常规需求，它与C++的模板机制非常相似。JGL包括相互链接起来的列表、设置、队列、映射、堆栈、序列以及反复器，它们的功能比Enumeration（枚举）强多了。同时提供了一套完整的算法，如检索和排序等。在某些方面，ObjectSpace的设计也显得比Sun的库设计方案“智能”一些。举个例子来说，JGL集合中的方法不会进入final状态，所以很容易继承和改写那些方法。<br>
JGL已包括到一些厂商发行的Java套件中，而且ObjectSpace公司自己也允许所有用户免费使用JGL，包括商业性的使用。详细情况和软件下载可访问http://www.ObjectSpace.com。与JGL配套提供的联机文档做得非常好，可作为自己的一个绝佳起点使用。<br>
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8.7 新集合<br>
对我来说，集合类属于最强大的一种工具，特别适合在原创编程中使用。大家可能已感觉到我对Java 
1.1提供的集合多少有点儿失望。因此，看到Java 1.2对集合重新引起了正确的注意后，确实令人非常愉快。这个版本的集合也得到了完全的重新设计（由Sun公司的Joshua 
Bloch）。我认为新设计的集合是Java 1.2中两项最主要的特性之一（另一项是Swing库，将在第13章叙述），因为它们极大方便了我们的编程，也使Java变成一种更成熟的编程系统。<br>
有些设计使得元素间的结合变得更紧密，也更容易让人理解。例如，许多名字都变得更短、更明确了，而且更易使用；类型同样如此。有些名字进行了修改，更接近于通俗：我感觉特别好的一个是用“反复器”（Inerator）代替了“枚举”（Enumeration）。<br>
此次重新设计也加强了集合库的功能。现在新增的行为包括链接列表、队列以及撤消组队（即“双终点队列”）。<br>
集合库的设计是相当困难的（会遇到大量库设计问题）。在C++中，STL用多个不同的类来覆盖基础。这种做法比起STL以前是个很大的进步，那时根本没做这方面的考虑。但仍然没有很好地转换到Java里面。结果就是一大堆特别容易混淆的类。在另一个极端，我曾发现一个集合库由单个类构成：colleciton，它同时作为Vector和Hashtable使用。新集合库的设计者则希望达到一种新的平衡：实现人们希望从一个成熟集合库上获得的完整功能，同时又要比STL和其他类似的集合库更易学习和使用。这样得到的结果在某些场合显得有些古怪。但和早期Java库的一些决策不同，这些古怪之处并非偶然出现的，而是以复杂性作为代价，在进行仔细权衡之后得到的结果。这样做也许会延长人们掌握一些库概念的时间，但很快就会发现自己很乐于使用那些新工具，而且变得越来越离不了它。<br>
新的集合库考虑到了“容纳自己对象”的问题，并将其分割成两个明确的概念：<br>
(1) 集合（Collection）：一组单独的元素，通常应用了某种规则。在这里，一个List（列表）必须按特定的顺序容纳元素，而一个Set（集）不可包含任何重复的元素。相反，“包”（Bag）的概念未在新的集合库中实现，因为“列表”已提供了类似的功能。<br>
(2) 映射（Map）：一系列“键－值”对（这已在散列表身上得到了充分的体现）。从表面看，这似乎应该成为一个“键－值”对的“集合”，但假若试图按那种方式实现它，就会发现实现过程相当笨拙。这进一步证明了应该分离成单独的概念。另一方面，可以方便地查看Map的某个部分。只需创建一个集合，然后用它表示那一部分即可。这样一来，Map就可以返回自己键的一个Set、一个包含自己值的List或者包含自己“键－值”对的一个List。和数组相似，Map可方便扩充到多个“维”，毋需涉及任何新概念。只需简单地在一个Map里包含其他Map（后者又可以包含更多的Map，以此类推）。<br>
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Collection和Map可通过多种形式实现，具体由编程要求决定。下面列出的是一个帮助大家理解的新集合示意图：<br>
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363页图<br>
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这张图刚开始的时候可能让人有点儿摸不着头脑，但在通读了本章以后，相信大家会真正理解它实际只有三个集合组件：Map，List和Set。而且每个组件实际只有两、三种实现方式（注释⑥），而且通常都只有一种特别好的方式。只要看出了这一点，集合就不会再令人生畏。<br>
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⑥：写作本章时，Java 1.2尚处于β测试阶段，所以这张示意图没有包括以后会加入的TreeSet。<br>
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虚线框代表“接口”，点线框代表“抽象”类，而实线框代表普通（实际）类。点线箭头表示一个特定的类准备实现一个接口（在抽象类的情况下，则是“部分”实现一个接口）。双线箭头表示一个类可生成箭头指向的那个类的对象。例如，任何集合都可以生成一个反复器（Iterator），而一个列表可以生成一个ListIterator（以及原始的反复器，因为列表是从集合继承的）。<br>
致力于容纳对象的接口是Collection，List，Set和Map。在传统情况下，我们需要写大量代码才能同这些接口打交道。而且为了指定自己想使用的准确类型，必须在创建之初进行设置。所以可能创建下面这样的一个List：<br>
List x = new LinkedList();<br>
当然，也可以决定将x作为一个LinkedList使用（而不是一个普通的List），并用x负载准确的类型信息。使用接口的好处就是一旦决定改变自己的实施细节，要做的全部事情就是在创建的时候改变它，就象下面这样：<br>
List x = new ArrayList();<br>
其余代码可以保持原封不动。<br>
在类的分级结构中，可看到大量以“Abstract”（抽象）开头的类，这刚开始可能会使人感觉迷惑。它们实际上是一些工具，用于“部分”实现一个特定的接口。举个例子来说，假如想生成自己的Set，就不是从Set接口开始，然后自行实现所有方法。相反，我们可以从AbstractSet继承，只需极少的工作即可得到自己的新类。尽管如此，新集合库仍然包含了足够的功能，可满足我们的几乎所有需求。所以考虑到我们的目的，可忽略所有以“Abstract”开头的类。<br>
因此，在观看这张示意图时，真正需要关心的只有位于最顶部的“接口”以及普通（实际）类——均用实线方框包围。通常需要生成实际类的一个对象，将其上溯造型为对应的接口。以后即可在代码的任何地方使用那个接口。下面是一个简单的例子，它用String对象填充一个集合，然后打印出集合内的每一个元素：<br>
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364-365页程序<br>