35
Особенности
Сложности с программой Music.java обнаруживаются после ее запуска. Она выводит строку Wind.play(). Именно это и требуется, но не понятно, откуда берется такой результат. Взгляните на метод tune():
public static void tune(Instrument i) {
//
i play(Note.MIDDLE_C),
}
Метод получает ссылку на объект Instrument. Как компилятор узнает, что ссылка на Instrument в данном случае указывает на объект Wind, а не на Brass или Stringed? Компилятор и не знает. Чтобы в полной мере разобраться в сути происходящего, необходимо рассмотреть понятиесвязывания(binding).
Связывание «метод-вызов»
Присоединение вызова метода к телу метода называетсясвязыванием.Если связывание проводится перед запуском программы (компилятором и компоновщиком, если он есть), оно называетсяранним связыванием(early binding). Возможно, ранее вам не приходилось слышать этот термин, потому что в процедурных языках никакого выбора связывания не было. Компиляторы С поддерживают только один тип вызова — раннее связывание.
Неоднозначность предыдущей программы кроется именно в раннем связывании: компилятор не может знать, какой метод нужно вызывать, когда у него есть только ссылка на объект Instrument
Проблема решается благодаряпозднему связыванию(late binding), то есть связыванию, проводимому во время выполнения программы, в зависимости от типа объекта. Позднее связывание также называютдинамическим(dynamic) илисвязыванием на стадии выполнения(runtime binding). В языках, реализующих позднее связывание, должен существовать механизм определения фактического типа объекта во время работы программы, для вызова подходящего метода. Иначе говоря, компилятор не знает тип объекта, но механизм вызова методов определяет его и вызывает соответствующее тело метода. Механизм позднего связывания зависит от конкретного языка, но нетрудно предположить, что для его реализации в объекты должна включаться какая-то дополнительная информация.
Для всех методов Java используется механизм позднего связывания, если только метод не был объявлен как final (приватные методы являются final по умолчанию). Следовательно, вам не придется принимать решений относительно использования позднего связывания — оно осуществляется автоматически.
Зачем объявлять метод как final? Как уже было замечено в предыдущей главе, это запрещает переопределение соответствующего метода. Что еще важнее, это фактически «отключает» позднее связывание или, скорее, указывает компилятору на то, что позднее связывание не является необходимым. Поэтому для методов final компилятор генерирует чуть более эффективный код. Впрочем, в большинстве случаев влияние на производительность вашей программы незначительно, поэтому final лучше использовать в качестве продуманного элемента своего проекта, а не как средство улучшения производительности.
Получение нужного результата
Теперь, когда вы знаете, что связывание всех методов в Java осуществляется полиморфно, через позднее связывание, вы можете писать код для базового класса, не сомневаясь в том, что для всех производных классов он также будет работать верно. Другими словами, вы «посылаете сообщение объекту и позволяете ему решить, что следует делать дальше».
Классическим примером полиморфизма в ООП является пример с геометрическими фигурами. Он часто используется благодаря своей наглядности, но, к сожалению, некоторые новички начинают думать, что ООП подразумевает графическое программирование — а это, конечно же, неверно.
В примере с фигурами имеется базовый класс с именем Shape (фигура) и различные производные типы: Circle (окружность), Square (прямоугольник), Triangle (треугольник) и т. п. Выражения типа «окружность есть фигура» очевидны и не представляют трудностей для понимания. Взаимосвязи показаны на следующей диаграмме наследования:
Восходящее преобразование имеет место даже в такой простой команде: Shape s = new CircleO;
Здесь создается объект Circle, и полученная ссылка немедленно присваивается типу Shape. На первый взгляд это может показаться ошибкой (присвоение одного типа другому), но в действительности все правильно, потому что тип Circle (окружность) является типом Shape (фигура) посредством наследования. Компилятор принимает команду и не выдает сообщения об ошибке.
Предположим, вызывается один из методов базового класса (из тех, что были переопределены в производных классах):
s.drawO;
Опять можно подумать, что вызывается метод draw() из класса Shape, раз имеется ссылка на объект Shape — как компилятор может сделать что-то другое? И все же будет вызван правильный метод Circle.draw(), так как в программе используется позднее связывание (полиморфизм).
Следующий пример показывает несколько другой подход:
//: polymorph!sm/shape/Shapes java package polymorphism.shape;
public class Shape {
public void drawO {} public void eraseO {} }Hill'.polymorphism/shape/Circle java package polymorphism shape: import static net.mindview.util.Print.*,
public class Circle extends Shape {
public void drawO { printC'Circle.drawO"); } public void eraseO { printC'Circle.eraseO"). }} Hill-.polymorphism/shape/Square.java package polymorphism.shape: import static net.mindview.util Print *.
public class Square extends Shape {
public void drawO { printC'Square.drawO"), } _
Лпродолжение &public void eraseO { printC'Square.eraseO"); } } ///.-
//• polymorphism/shape/Triangle java
package polymorphism.shape;
import static net mindview.util Print.*;
public class Triangle extends Shape {
public void drawO { printC'Triangle.drawO"). } public void eraseO { printC'Triangle eraseO"). } }Hill.polymorphism/shape/RandomShapeGenerator java II "Фабрика", случайным образом создающая объекты package polymorphism.shape; import java.util *;
public class RandomShapeGenerator {
private Random rand = new Random(47); public Shape next О {
switch(rand nextlnt(3)) { default-
case 0: return new CircleO; case 1: return new SquareO, case 2: return new TriangleO;
}
}
}Hill:polymorphism/Shapes.java II Polymorphism in Java, import polymorphism.shape.*;
public class Shapes {
private static RandomShapeGenerator gen =
new RandomShapeGeneratorO; public static void main(String[] args) { Shape[] s = new Shape[9]; II Заполняем массив фигурами: for(int i = 0, i < s.length; i++)
s[i] = gen nextO; II Полиморфные вызовы методов- for(Shape shp • s) shp.drawO,
}
} /* Output: Triangle.drawO Triangle.drawO Square drawO Triangle.drawO Square.drawO Triangle drawO Square drawO Triangle drawO Circle.drawO *///.-
Базовый класс Shape устанавливает общий интерфейс для всех классов, производных от Shape — то есть любую фигуру можно нарисовать (draw()) и стереть (erase()). Производные классы переопределяют этот интерфейс, чтобы реализовать уникальное поведение для каждой конкретной фигуры.
Класс RandomShapeGenerator — своего рода «фабрика», при каждом вызове метода next() производящая ссылку на случайно выбираемый объект Shape. Заметьте, что восходящее преобразование выполняется в командах return, каждая из которых получает ссылку на объект Circle, Square или Triangle, а выдает ее за пределы next() в виде возвращаемого типа Shape. Таким образом, при вызове этого метода вы не сможете определить конкретный тип объекта, поскольку всегда получаете просто Shape.
Метод main() содержит массив ссылок на Shape, который заполняется последовательными вызовами RandomShapeGenerator.next(). К этому моменту вам известно, что имеются объекты Shape, но вы не знаете об этих объектах ничего конкретного (так же, как и компилятор). Но если перебрать содержимое массива и вызвать draw() для каждого его элемента, то, как по волшебству, произойдет верное, свойственное для определенного типа действие — в этом нетрудно убедиться, взглянув на результат работы программы.
Случайный выбор фигур в нашем примере всего лишь помогает понять, что компилятор во время компиляции кода не располагает информацией о том, какую реализацию следует вызывать. Все вызовы метода draw() проводятся с применением позднего связывания.
Расширяемость
Теперь вернемся к программе Music.java. Благодаря полиморфизму вы можете добавить в нее сколько угодно новых типов, не изменяя метод tune(). В хорошо спланированной ООП-программе большая часть ваших методов (или даже все методы) следуют модели метода tune(), оперируя только с интерфейсом базового класса. Такая программа являетсярасширяемой, поскольку в нее можно добавить дополнительную функциональность, определяя новые типы данных от общего базового класса. Методы, работающие на уровне интерфейса базового класса, совсем не нужно изменять, чтобы приспособить их к новым классам.
Давайте возьмем пример с объектами Instrument и включим дополнительные методы в базовый класс, а также определим несколько новых классов. Рассмотрим диаграмму (см. рисунок на обороте).
Все новые классы правильно работают со старым, неизмененным методом tune(). Даже если метод tune() находится в другом файле, а к классу Instrument присоединяются новые методы, он все равно будет работать верно без повторной компиляции. Ниже приведена реализация рассмотренной диаграммы:продолжение &//. polymorph"!sm/music3/Music3.java // Расширяемая программа package polymorphism music3; import polymorphism.music Note; import static net.mindview.util.Print *;
class Instrument {
void play(Note л) { print("Instrument playO " + n). }
String what О { return "Instrument". }
void adjustO { printC'Adjusting Instrument"). }
}
class Wind extends Instrument {
void play(Note n) { print ("Wind playO " + n), }
String whatO { return "Wind"; }
void adjustO { printC'Adjusting Wind"). }
}
class Percussion extends Instrument {
void play(Note n) { printC'Percussion.playO " + n). }
String whatO { return "Percussion"; }
void adjustO { printC'Adjusting Percussion"), }
}
class Stringed extends Instrument {
void play(Note n) { printC'Stringed playO " + n), }
String whatO { return "Stringed". }
void adjustO { printC'Adjusting Stringed"); }
}
class Brass extends Wind {
void play(Note n) { print("Brass.play() " + n); } void adjustO { printC'Adjusting Brass"); }
}
class Woodwind extends Wind {
void play(Note n) { print ("Woodwind playO " + n); } String whatO { return "Woodwind"; }
public class Music3 {
// Работа метода не зависит от фактического типа объекта, // поэтому типы, добавленные в систему, будут работать правильно public static void tune(Instrument i) { // ...
i.play(Note.MIDDLE_C),
}
public static void tuneAll(Instrument!!] e) { for(Instrument i : e) tune(i);
}
public static void main(String[] args) {
// Восходящее преобразование при добавлении в массив Instrument!!] orchestra = { new WindO. new PercussionO. new StringedO, new BrassO, new WoodwindО
}:
tuneAll(orchestra),
}
} /* Output. Wind.pi ayО MIDDLE_C Percussion.playO MIDDLE_C Stringed.pi ayО MIDDLE_C Brass.playO MIDDLE_C Woodwind pi ayО MIDDLE_C *///:-