面向对象技术第一讲 多态性

 面向对象技术第一讲  多态性

一﹑什么是多态？为什么要支持多态？

多态是一种普遍存在的现象，如water的三种形态：冰﹑水﹑汽，又如算术运算1+1, 1+0.5, 1/2+0.5等。

多态性用一句经典的英文来解释就是：a value can belong to multiple types.

那么在软件设计中支持多态有什么好处呢？首先，可以使程序中的数学运算符合常规的数学运算规则，为程序提供更强的表达能力；其次使得对不同类型的数据有同样的操作语义，可以实现程序的重用，而重用标识的资源，可以提高程序的可读性和可理解性。

软件系统支持多态的前提就是能够静态（编译时）或者动态（运行时）地确定类型。

二﹑多态的分类有哪些？

多态分为两种：通用的多态(universal)和特定的多态（ad hoc）。两者的区别是前者对工作的类型不加限制，允许对不同类型的值执行相同的代码；后者只对有限数量的类型有效，而且对不同类型的值可能要执行不同的代码。

通用的多态又分为参数多态（parametric）和包含多态（inclusion）；特定的多态分为过载多

态（overloading）和强制多态（coercion）。具体见下图：

2.1参数多态

    概念：采用参数化模板，通过给出不同的类型参数，使得一个结构有多种类型。

    例如：Ada中的generic(类属 )。

    见下例：

分析：这两个packages的：

·应用内涵一致：提供的都是堆栈抽象操作。

·实现结构相似：采用同类数据结构，实现代码相同。

·元素的类型不同，一些用常量表示的细节不同。

对比：函数是相似的语句序列的一种涵义明确的抽象，用函数中的语句表示相同的部分，用形参指明不同的部分，用实参体现不同的部分。但是，函数的参数只能是数据，不能是类型。

    类属在一个抽象结构中允许以参量形式来表示可变的类型﹑函数﹑常数﹑数据值，在编译时

（静态）进行实例化，结果是一个具体的结构（类型﹑函数等）。而且类型的实例化可以静态进

行，也可以动态进行，但结果都是一个值。

Ada中的generic结构体现的多态性例子如下：

generic结构调用的时候的情况：

可见：

·对实参所取得类型不加限制。

·对不同的实参执行的是相同的代码。

因而构成了多态。

2.2 包含多态

概念：同样的操作可用于一个类型及其子类型。（注意是子类型，不是子类。）包含多态

一般需要进行运行时的类型检查。如Pascal中的子界。

几点需要注意的地方：

1. 包含多态的操作存在着逆单调（Anti-mornotonic）。即一个类型t上的操作，当其定义域缩小成t的一个子类型时，其值域应不小于t.

2.3 过载多态

概念：同一个名（操作符﹑函数名）在不同的上下文中有不同的类型。程序设计语言中基本类型的大多数操作符都是过载多态的。如c语言中的

==  :  int * int -> int

==  :  double*double->int

==  :  char*char->int

有一些程序设计语言允许用户自定义过载多态的操作符。如c++语言中的：

bool  operator == (Complex1 c1,  Complex c2);

bool  operator ==(Address a1,  Address a2);

过载多态的操作符或函数名，他所对应的通常是不同的实现。

2.4 强制多态

概念：编译程序通过语义操作，把操作对象的类型强行加以变换，以符合函数或操作符的要求。程序设计语言中基本类型的大多数操作符，在发生不同类型的数据进行混合运算时，

编译程序一般都会进行强制多态。程序员也可以显示地进行强制多态的操作(Casting)。

例如：

要注意的是并不是任意两个类型之间都可以进行强制多态。在不同类型之间实现强制多态，通常需要执行不同的转换操作。强制多态的原则是：将值集较小（即占用存储空间较小）的类型，变换成值集包含了前者（即占用存储空间较大）的类型，反之，应当注意可能发生的对值的损伤（特别是在使用Casting时）。

有时，强制多态与过载多态是混合出现的。例如，对于表达式1+2; 1.0+2; 1+2.0; 1.0+2.0;

中出现的多态，就会有多种解释：

·操作符+有四种过载多态；

·操作符+只有一种：double * double -> double， 要将参与运算的整数强制变换成浮点数；

·操作符+有两种过载多态：int * int -> int 和 double * double -> double，要将混合运算中的整数强制变换成浮点数。

 
三﹑ 其他类型的多态

现在的多数文献中都认为，在面向对象程序设计语言中还存在着两种多态：

·在有继承关系的类之间存在的多态（但不能完全等同于包含多态）；

·通过动态绑定机制，在运行时才确定接受消息的对象类型（如c++语言中的虚拟函数）。