上述设计方案肯定是令人满意的。系统内新类型的加入涉及添加或修改不同的类,但没有必要在系统内对代码作大范围的改动。除此以外,RTTI并不象它在RecycleA.java里那样被不当地使用。然而,我们仍然有可能更深入一步,以最“纯”的角度来看待RTTI, 考虑如何在垃圾分类系统中将它完全消灭。
为达到这个目标,首先必须认识到:对所有与不同类型有特殊关联的活动来说——比如侦测一种垃圾的具体类型,并把它置入适当的垃圾筒里——这些活动都应当通过多形性以及动态绑定加以控制。
以前的例子都是先按类型排序,再对属于某种特殊类型的一系列元素进行操作。现在一旦需要操作特定的类型,就请先停下来想一想。事实上,多形性(动态绑定的方法调用)整个的宗旨就是帮我们管理与不同类型有特殊关联的信息。既然如此,为什么还要自己去检查类型呢?
答案在于大家或许不以为然的一个道理:Java只执行单一派遣。也就是说,假如对多个类型未知的对象执行某项操作,Java只会为那些类型中的一种调用动态绑定机制。这当然不能解决问题,所以最后不得不人工判断某些类型,才能有效地产生自己的动态绑定行为。
为解决这个缺陷,我们需要用到“多重派遣”机制,这意味着需要建立一个配置,使单一方法调用能产生多个动态方法调用,从而在一次处理过程中正确判断出多种类型。为达到这个要求,需要对多个类型结构进行操作:每一次派遣都需要一个类型结构。下面的例子将对两个结构进行操作:现有的Trash系列以及由垃圾筒(Trash Bin)的类型构成的一个系列——不同的垃圾或废品将置入这些筒内。第二个分级结构并非绝对显然的。在这种情况下,我们需要人为地创建它,以执行多重派遣(由于本例只涉及两次派遣,所以称为“双重派遣”)。
16.6.1 实现双重派遣
记住多形性只能通过方法调用才能表现出来,所以假如想使双重派遣正确进行,必须执行两个方法调用:在每种结构中都用一个来判断其中的类型。在Trash结构中,将使用一个新的方法调用addToBin(),它采用的参数是由TypeBin构成的一个数组。那个方法将在数组中遍历,尝试将自己加入适当的垃圾筒,这里正是双重派遣发生的地方。
新建立的分级结构是TypeBin,其中包含了它自己的一个方法,名为add(),而且也应用了多形性。但要注意一个新特点:add()已进行了“过载”处理,可接受不同的垃圾类型作为参数。因此,双重满足机制的一个关键点是它也要涉及到过载。 程序的重新设计也带来了一个问题:现在的基础类Trash必须包含一个addToBin()方法。为解决这个问题,一个最直接的办法是复制所有代码,并修改基础类。然而,假如没有对源码的控制权,那么还有另一个办法可以考虑:将addToBin()方法置入一个接口内部,保持Trash不变,并继承新的、特殊的类型Aluminum,Paper,Glass以及Cardboard。我们在这里准备采取后一个办法。 这个设计方案中用到的大多数类都必须设为public(公用)属性,所以它们放置于自己的类内。下面列出接口代码:
//: TypedBinMember.java
// An interface for adding the double dispatching
// method to the trash hierarchy without
// modifying the original hierarchy.
package c16.doubledispatch;
interface TypedBinMember {
// The new method:
boolean addToBin(TypedBin[] tb);
} ///:~
在Aluminum,Paper,Glass以及Cardboard每个特定的子类型内,都会实现接口TypeBinMember的addToBin()方法,但每种情况下使用的代码“似乎”都是完全一样的:
//: DDAluminum.java
// Aluminum for double dispatching
package c16.doubledispatch;
import c16.trash.*;
public class DDAluminum extends Aluminum
implements TypedBinMember {
public DDAluminum(double wt) { super(wt); }
public boolean addToBin(TypedBin[] tb) {
for(int i = 0; i < tb.length; i++)
if(tb[i].add(this))
return true;
return false;
}
} ///:~
//: DDPaper.java
// Paper for double dispatching
package c16.doubledispatch;
import c16.trash.*;
public class DDPaper extends Paper
implements TypedBinMember {
public DDPaper(double wt) { super(wt); }
public boolean addToBin(TypedBin[] tb) {
for(int i = 0; i < tb.length; i++)
if(tb[i].add(this))
return true;
return false;
}
} ///:~
//: DDGlass.java
// Glass for double dispatching
package c16.doubledispatch;
import c16.trash.*;
public class DDGlass extends Glass
implements TypedBinMember {
public DDGlass(double wt) { super(wt); }
public boolean addToBin(TypedBin[] tb) {
for(int i = 0; i < tb.length; i++)
if(tb[i].add(this))
return true;
return false;
}
} ///:~
//: DDCardboard.java
// Cardboard for double dispatching
package c16.doubledispatch;
import c16.trash.*;
public class DDCardboard extends Cardboard
implements TypedBinMember {
public DDCardboard(double wt) { super(wt); }
public boolean addToBin(TypedBin[] tb) {
for(int i = 0; i < tb.length; i++)
if(tb[i].add(this))
return true;
return false;
}
} ///:~
每个addToBin()内的代码会为数组中的每个TypeBin对象调用add()。但请注意参数:this。对Trash的每个子类来说,this的类型都是不同的,所以不能认为代码“完全”一样——尽管以后在Java里加入参数化类型机制后便可认为一样。这是双重派遣的第一个部分,因为一旦进入这个方法内部,便可知道到底是Aluminum,Paper,还是其他什么垃圾类型。在对add()的调用过程中,这种信息是通过this的类型传递的。编译器会分析出对add()正确的过载版本的调用。但由于tb[i]会产生指向基础类型TypeBin的一个句柄,所以最终会调用一个不同的方法——具体什么方法取决于当前选择的TypeBin的类型。那就是第二次派遣。
下面是TypeBin的基础类:
//: TypedBin.java
// Vector that knows how to grab the right type
package c16.doubledispatch;
import c16.trash.*;
import java.util.*;
public abstract class TypedBin {
Vector v = new Vector();
protected boolean addIt(Trash t) {
v.addElement(t);
return true;
}
public Enumeration elements() {
return v.elements();
}
public boolean add(DDAluminum a) {
return false;
}
public boolean add(DDPaper a) {
return false;
}
public boolean add(DDGlass a) {
return false;
}
public boolean add(DDCardboard a) {
return false;
}
} ///:~
可以看到,过载的add()方法全都会返回false。如果未在衍生类里对方法进行过载,它就会一直返回false,而且调用者(目前是addToBin())会认为当前Trash对象尚未成功加入一个集合,所以会继续查找正确的集合。
在TypeBin的每一个子类中,都只有一个过载的方法会被过载——具体取决于准备创建的是什么垃圾筒类型。举个例子来说,CardboardBin会过载add(DDCardboard)。过载的方法会将垃圾对象加入它的集合,并返回true。而CardboardBin中剩余的所有add()方法都会继续返回false,因为它们尚未过载。事实上,假如在这里采用了参数化类型机制,Java代码的自动创建就要方便得多(使用C++的“模板”,我们不必费事地为子类编码,或者将addToBin()方法置入Trash里;Java在这方面尚有待改进)。
由于对这个例子来说,垃圾的类型已经定制并置入一个不同的目录,所以需要用一个不同的垃圾数据文件令其运转起来。下面是一个示范性的DDTrash.dat:
c16.DoubleDispatch.DDGlass:54
c16.DoubleDispatch.DDPaper:22
c16.DoubleDispatch.DDPaper:11
c16.DoubleDispatch.DDGlass:17
c16.DoubleDispatch.DDAluminum:89
c16.DoubleDispatch.DDPaper:88
c16.DoubleDispatch.DDAluminum:76
c16.DoubleDispatch.DDCardboard:96
c16.DoubleDispatch.DDAluminum:25
c16.DoubleDispatch.DDAluminum:34
c16.DoubleDispatch.DDGlass:11
c16.DoubleDispatch.DDGlass:68
c16.DoubleDispatch.DDGlass:43
c16.DoubleDispatch.DDAluminum:27
c16.DoubleDispatch.DDCardboard:44
c16.DoubleDispatch.DDAluminum:18
c16.DoubleDispatch.DDPaper:91
c16.DoubleDispatch.DDGlass:63
c16.DoubleDispatch.DDGlass:50
c16.DoubleDispatch.DDGlass:80
c16.DoubleDispatch.DDAluminum:81
c16.DoubleDispatch.DDCardboard:12
c16.DoubleDispatch.DDGlass:12
c16.DoubleDispatch.DDGlass:54
c16.DoubleDispatch.DDAluminum:36
c16.DoubleDispatch.DDAluminum:93
c16.DoubleDispatch.DDGlass:93
c16.DoubleDispatch.DDPaper:80
c16.DoubleDispatch.DDGlass:36
c16.DoubleDispatch.DDGlass:12
c16.DoubleDispatch.DDGlass:60
c16.DoubleDispatch.DDPaper:66
c16.DoubleDispatch.DDAluminum:36
c16.DoubleDispatch.DDCardboard:22
下面列出程序剩余的部分:
//: DoubleDispatch.java
// Using multiple dispatching to handle more
// than one unknown type during a method call.
package c16.doubledispatch;
import c16.trash.*;
import java.util.*;
class AluminumBin extends TypedBin {
public boolean add(DDAluminum a) {
return addIt(a);
}
}
class PaperBin extends TypedBin {
public boolean add(DDPaper a) {
return addIt(a);
}
}
class GlassBin extends TypedBin {
public boolean add(DDGlass a) {
return addIt(a);
}
}
class CardboardBin extends TypedBin {
public boolean add(DDCardboard a) {
return addIt(a);
}
}
class TrashBinSet {
private TypedBin[] binSet = {
new AluminumBin(),
new PaperBin(),
new GlassBin(),
new CardboardBin()
};
public void sortIntoBins(Vector bin) {
Enumeration e = bin.elements();
while(e.hasMoreElements()) {
TypedBinMember t =
(TypedBinMember)e.nextElement();
if(!t.addToBin(binSet))
System.err.println("Couldn't add " + t);
}
}
public TypedBin[] binSet() { return binSet; }
}
public class DoubleDispatch {
public static void main(String[] args) {
Vector bin = new Vector();
TrashBinSet bins = new TrashBinSet();
// ParseTrash still works, without changes:
ParseTrash.fillBin("DDTrash.dat", bin);
// Sort from the master bin into the
// individually-typed bins:
bins.sortIntoBins(bin);
TypedBin[] tb = bins.binSet();
// Perform sumValue for each bin...
for(int i = 0; i < tb.length; i++)
Trash.sumValue(tb[i].v);
// ... and for the master bin
Trash.sumValue(bin);
}
} ///:~
其中,TrashBinSet封装了各种不同类型的TypeBin,同时还有sortIntoBins()方法。所有双重派遣事件都会在那个方法里发生。可以看到,一旦设置好结构,再归类成各种TypeBin的工作就变得十分简单了。除此以外,两个动态方法调用的效率可能也比其他排序方法高一些。
注意这个系统的方便性主要体现在main()中,同时还要注意到任何特定的类型信息在main()中都是完全独立的。只与Trash基础类接口通信的其他所有方法都不会受到Trash类中发生的改变的干扰。
添加新类型需要作出的改动是完全孤立的:我们随同addToBin()方法继承Trash的新类型,然后继承一个新的TypeBin(这实际只是一个副本,可以简单地编辑),最后将一种新类型加入TrashBinSet的集合初化化过程。
下一节:接下来,让我们思考如何将具有完全不同目标的一个设计范式应用到垃圾归类系统。