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一本Java由初级到高级的编程书籍

1.5.2 等价与类似关系<br>
针对继承可能会产生这样的一个争论：继承只能改善原基础类的函数吗？若答案是肯定的，则衍生类型就是与基础类完全相同的类型，因为都拥有完全相同的接口。这样造成的结果就是：我们完全能够将衍生类的一个对象换成基础类的一个对象！可将其想象成一种“纯替换”。在某种意义上，这是进行继承的一种理想方式。此时，我们通常认为基础类和衍生类之间存在一种“等价”关系——因为我们可以理直气壮地说：“圆就是一种几何形状”。为了对继承进行测试，一个办法就是看看自己是否能把它们套入这种“等价”关系中，看看是否有意义。<br>
但在许多时候，我们必须为衍生类型加入新的接口元素。所以不仅扩展了接口，也创建了一种新类型。这种新类型仍可替换成基础类型，但这种替换并不是完美的，因为不可在基础类里访问新函数。我们将其称作“类似”关系；新类型拥有旧类型的接口，但也包含了其他函数，所以不能说它们是完全等价的。举个例子来说，让我们考虑一下制冷机的情况。假定我们的房间连好了用于制冷的各种控制器；也就是说，我们已拥有必要的“接口”来控制制冷。现在假设机器出了故障，我们把它换成一台新型的冷、热两用空调，冬天和夏天均可使用。冷、热空调“类似”制冷机，但能做更多的事情。由于我们的房间只安装了控制制冷的设备，所以它们只限于同新机器的制冷部分打交道。新机器的接口已得到了扩展，但现有的系统并不知道除原始接口以外的任何东西。<br>
认识了等价与类似的区别后，再进行替换时就会有把握得多。尽管大多数时候“纯替换”已经足够，但您会发现在某些情况下，仍然有明显的理由需要在衍生类的基础上增添新功能。通过前面对这两种情况的讨论，相信大家已心中有数该如何做。<br>
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1.6 多形对象的互换使用<br>
通常，继承最终会以创建一系列类收场，所有类都建立在统一的接口基础上。我们用一幅颠倒的树形图来阐明这一点（注释⑤）：<br>
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⑤：这儿采用了“统一记号法”，本书将主要采用这种方法。<br>
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35页图<br>
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对这样的一系列类，我们要进行的一项重要处理就是将衍生类的对象当作基础类的一个对象对待。这一点是非常重要的，因为它意味着我们只需编写单一的代码，令其忽略类型的特定细节，只与基础类打交道。这样一来，那些代码就可与类型信息分开。所以更易编写，也更易理解。此外，若通过继承增添了一种新类型，如“三角形”，那么我们为“几何形状”新类型编写的代码会象在旧类型里一样良好地工作。所以说程序具备了“扩展能力”，具有“扩展性”。<br>
以上面的例子为基础，假设我们用Java写了这样一个函数：<br>
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35-36页程序<br>
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这个函数可与任何“几何形状”（Shape）通信，所以完全独立于它要描绘（draw）和删除（erase）的任何特定类型的对象。如果我们在其他一些程序里使用doStuff()函数：<br>
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36页上程序<br>
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那么对doStuff()的调用会自动良好地工作，无论对象的具体类型是什么。<br>
这实际是一个非常有用的编程技巧。请考虑下面这行代码：<br>
doStuff(c);<br>
此时，一个Circle（圆）句柄传递给一个本来期待Shape（形状）句柄的函数。由于圆是一种几何形状，所以doStuff()能正确地进行处理。也就是说，凡是doStuff()能发给一个Shape的消息，Circle也能接收。所以这样做是安全的，不会造成错误。<br>
我们将这种把衍生类型当作它的基本类型处理的过程叫作“Upcasting”（上溯造型）。其中，“cast”（造型）是指根据一个现成的模型创建；而“Up”（向上）表明继承的方向是从“上面”来的——即基础类位于顶部，而衍生类在下方展开。所以，根据基础类进行造型就是一个从上面继承的过程，即“Upcasting”。<br>
在面向对象的程序里，通常都要用到上溯造型技术。这是避免去调查准确类型的一个好办法。请看看doStuff()里的代码：<br>
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s.erase();<br>
// ...<br>
s.draw();<br>
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注意它并未这样表达：“如果你是一个Circle，就这样做；如果你是一个Square，就那样做；等等”。若那样编写代码，就需检查一个Shape所有可能的类型，如圆、矩形等等。这显然是非常麻烦的，而且每次添加了一种新的Shape类型后，都要相应地进行修改。在这儿，我们只需说：“你是一种几何形状，我知道你能将自己删掉，即erase()；请自己采取那个行动，并自己去控制所有的细节吧。”<br>
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1.6.1 动态绑定<br>
在doStuff()的代码里，最让人吃惊的是尽管我们没作出任何特殊指示，采取的操作也是完全正确和恰当的。我们知道，为Circle调用draw()时执行的代码与为一个Square或Line调用draw()时执行的代码是不同的。但在将draw()消息发给一个匿名Shape时，根据Shape句柄当时连接的实际类型，会相应地采取正确的操作。这当然令人惊讶，因为当Java编译器为doStuff()编译代码时，它并不知道自己要操作的准确类型是什么。尽管我们确实可以保证最终会为Shape调用erase()，为Shape调用draw()，但并不能保证为特定的Circle，Square或者Line调用什么。然而最后采取的操作同样是正确的，这是怎么做到的呢？<br>
将一条消息发给对象时，如果并不知道对方的具体类型是什么，但采取的行动同样是正确的，这种情况就叫作“多形性”（Polymorphism）。对面向对象的程序设计语言来说，它们用以实现多形性的方法叫作“动态绑定”。编译器和运行期系统会负责对所有细节的控制；我们只需知道会发生什么事情，而且更重要的是，如何利用它帮助自己设计程序。<br>
有些语言要求我们用一个特殊的关键字来允许动态绑定。在C++中，这个关键字是virtual。在Java中，我们则完全不必记住添加一个关键字，因为函数的动态绑定是自动进行的。所以在将一条消息发给对象时，我们完全可以肯定对象会采取正确的行动，即使其中涉及上溯造型之类的处理。<br>
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1.6.2 抽象的基础类和接口<br>
设计程序时，我们经常都希望基础类只为自己的衍生类提供一个接口。也就是说，我们不想其他任何人实际创建基础类的一个对象，只对上溯造型成它，以便使用它们的接口。为达到这个目的，需要把那个类变成“抽象”的——使用abstract关键字。若有人试图创建抽象类的一个对象，编译器就会阻止他们。这种工具可有效强制实行一种特殊的设计。<br>
亦可用abstract关键字描述一个尚未实现的方法——作为一个“根”使用，指出：“这是适用于从这个类继承的所有类型的一个接口函数，但目前尚没有对它进行任何形式的实现。”抽象方法也许只能在一个抽象类里创建。继承了一个类后，那个方法就必须实现，否则继承的类也会变成“抽象”类。通过创建一个抽象方法，我们可以将一个方法置入接口中，不必再为那个方法提供可能毫无意义的主体代码。<br>
interface（接口）关键字将抽象类的概念更延伸了一步，它完全禁止了所有的函数定义。“接口”是一种相当有效和常用的工具。另外如果自己愿意，亦可将多个接口都合并到一起（不能从多个普通class或abstract 
class中继承）。<br>
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1.7 对象的创建和存在时间<br>
从技术角度说，OOP（面向对象程序设计）只是涉及抽象的数据类型、继承以及多形性，但另一些问题也可能显得非常重要。本节将就这些问题进行探讨。<br>
最重要的问题之一是对象的创建及破坏方式。对象需要的数据位于哪儿，如何控制对象的“存在时间”呢？针对这个问题，解决的方案是各异其趣的。C++认为程序的执行效率是最重要的一个问题，所以它允许程序员作出选择。为获得最快的运行速度，存储以及存在时间可在编写程序时决定，只需将对象放置在堆栈（有时也叫作自动或定域变量）或者静态存储区域即可。这样便为存储空间的分配和释放提供了一个优先级。某些情况下，这种优先级的控制是非常有价值的。然而，我们同时也牺牲了灵活性，因为在编写程序时，必须知道对象的准确的数量、存在时间、以及类型。如果要解决的是一个较常规的问题，如计算机辅助设计、仓储管理或者空中交通控制，这一方法就显得太局限了。<br>
第二个方法是在一个内存池中动态创建对象，该内存池亦叫“堆”或者“内存堆”。若采用这种方式，除非进入运行期，否则根本不知道到底需要多少个对象，也不知道它们的存在时间有多长，以及准确的类型是什么。这些参数都在程序正式运行时才决定的。若需一个新对象，只需在需要它的时候在内存堆里简单地创建它即可。由于存储空间的管理是运行期间动态进行的，所以在内存堆里分配存储空间的时间比在堆栈里创建的时间长得多（在堆栈里创建存储空间一般只需要一个简单的指令，将堆栈指针向下或向下移动即可）。由于动态创建方法使对象本来就倾向于复杂，所以查找存储空间以及释放它所需的额外开销不会为对象的创建造成明显的影响。除此以外，更大的灵活性对于常规编程问题的解决是至关重要的。<br>