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16.5 抽象的应用

走到这一步，接下来该考虑一下设计方案剩下的部分了——在哪里使用类？既然归类到垃圾箱的办法非常不雅且过于暴露，为什么不隔离那个过程，把它隐藏到一个类里呢？这就是著名的“如果必须做不雅的事情，至少应将其本地化到一个类里”规则。看起来就象下面这样：

现在，只要一种新类型的Trash加入方法，对TrashSorter对象的初始化就必须变动。可以想象，TrashSorter类看起来应该象下面这个样子：

class TrashSorter extends Vector {
      void sort(Trash t) { /* ... */ }
}

也就是说，TrashSorter是由一系列句柄构成的Vector（系列），而那些句柄指向的又是由Trash句柄构成的Vector；利用addElement()，可以安装新的TrashSorter，如下所示：

TrashSorter ts = new TrashSorter();
ts.addElement(new Vector());

但是现在，sort()却成为一个问题。用静态方式编码的方法如何应付一种新类型加入的事实呢？为解决这个问题，必须从sort()里将类型信息删除，使其需要做的所有事情就是调用一个通用方法，用它照料涉及类型处理的所有细节。这当然是对一个动态绑定方法进行描述的另一种方式。所以sort()会在序列中简单地遍历，并为每个Vector都调用一个动态绑定方法。由于这个方法的任务是收集它感兴趣的垃圾片，所以称之为grab(Trash)。结构现在变成了下面这样：

其中，TrashSorter需要调用每个grab()方法；然后根据当前Vector容纳的是什么类型，会获得一个不同的结果。也就是说，Vector必须留意自己容纳的类型。解决这个问题的传统方法是创建一个基础“Trash bin”（垃圾筒）类，并为希望容纳的每个不同的类型都继承一个新的衍生类。若Java有一个参数化的类型机制，那就也许是最直接的方法。但对于这种机制应该为我们构建的各个类，我们不应该进行麻烦的手工编码，以后的“观察”方式提供了一种更好的编码方式。

OOP设计一条基本的准则是“为状态的变化使用数据成员，为行为的变化使用多性形”。对于容纳Paper（纸张）的Vector，以及容纳Glass（玻璃）的Vector，大家最开始或许会认为分别用于它们的grab()方法肯定会产生不同的行为。但具体如何却完全取决于类型，而不是其他什么东西。可将其解释成一种不同的状态，而且由于Java有一个类可表示类型（Class），所以可用它判断特定的Tbin要容纳什么类型的Trash。

下面列出完整的解决方案。设定为注释的编号（如*1*）便于大家对照程序后面列出的说明。

//: RecycleB.java
// Adding more objects to the recycling problem
package c16.recycleb;
import c16.trash.*;
import java.util.*;

// A vector that admits only the right type:
class Tbin extends Vector {
  Class binType;
  Tbin(Class binType) { 
    this.binType = binType; 
  }
  boolean grab(Trash t) {
    // Comparing class types:
    if(t.getClass().equals(binType)) {
      addElement(t);
      return true; // Object grabbed
    }
    return false; // Object not grabbed
  }
}

class TbinList extends Vector { //(*1*)
  boolean sort(Trash t) {
    Enumeration e = elements();
    while(e.hasMoreElements()) {
      Tbin bin = (Tbin)e.nextElement();
      if(bin.grab(t)) return true;
    }
    return false; // bin not found for t
  }
  void sortBin(Tbin bin) { // (*2*)
    Enumeration e = bin.elements();
    while(e.hasMoreElements())
      if(!sort((Trash)e.nextElement()))
        System.out.println("Bin not found");
  }
}

public class RecycleB {
  static Tbin bin = new Tbin(Trash.class);
  public static void main(String[] args) {
    // Fill up the Trash bin:
    ParseTrash.fillBin("Trash.dat", bin);

    TbinList trashBins = new TbinList();
    trashBins.addElement(
      new Tbin(Aluminum.class));
    trashBins.addElement(
      new Tbin(Paper.class));
    trashBins.addElement(
      new Tbin(Glass.class));
    // add one line here: (*3*)
    trashBins.addElement(
      new Tbin(Cardboard.class));

    trashBins.sortBin(bin); // (*4*)

    Enumeration e = trashBins.elements();
    while(e.hasMoreElements()) {
      Tbin b = (Tbin)e.nextElement();
      Trash.sumValue(b);
    }
    Trash.sumValue(bin);
  }
} ///:~

• (1) TbinList容纳一系列Tbin句柄，所以在查找与我们传递给它的Trash对象相符的情况时，sort()能通过Tbin继承。
• (2) sortBin()允许我们将一个完整的Tbin传递进去，而且它会在Tbin里遍历，挑选出每种Trash，并将其归类到特定的Tbin中。请注意这些代码的通用性：新类型加入时，它本身不需要任何改动。只要新类型加入（或发生其他事件）时大量代码都不需要变化，就表明我们设计的是一个容易扩展的系统。
• (3) 现在可以体会添加新类型有多么容易了。为支持添加，只需要改动几行代码。如确实有必要，甚至可以进一步地改进设计，使更多的代码都保持“固定”。
• (4) 一个方法调用使bin的内容归类到对应的、特定类型的垃圾筒里。

16.6 多重派遣

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。

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。