浅谈多态——概念描述

浅谈多态——概念描述 2001.9.25
   
    作者：Nicrosoft（奈软 nicrosoft@sunistudio.com）
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    东日文档：http://www.sunistudio.com/asp/sunidoc.asp

    多态性，这个面向对象编程领域的核心概念，本身的内容博大精深，要以一文说清楚实在是不太可能。加之作者本人也还在不断学习中，水平有限。因此本文只能描一下多态的轮廓，使读者能够了解个大概。如果有描的不准的地方，欢迎指出，或与作者探讨（作者Email：nicrosoft@sunistudio.com）
   
    首先，什么是多态（Polymorphisn）？按字面的意思就是“多种形状”。我手头的书上没有找到一个多态的理论性的概念的描述。暂且引用一下Charlie Calverts的对多态的描述吧——多态性是允许你将父对象设置成为和一个或更多的他的子对象相等的技术，赋值之后，父对象就可以根据当前赋值给它的子对象的特性以不同的方式运作（摘自“Delphi4 编程技术内幕”）。简单的说，就是一句话：允许将子类类型的指针赋值给父类类型的指针。多态性在Object Pascal和C++中都是通过虚函数（Virtual Function）实现的。
   
    好，接着是“虚函数”（或者是“虚方法”）。虚函数就是允许被其子类重新定义的成员函数。而子类重新定义父类虚函数的做法，称为“覆盖”（override），或者称为“重写”。

    这里有一个初学者经常混淆的概念。覆盖（override）和重载（overload）。上面说了，覆盖是指子类重新定义父类的虚函数的做法。而重载，是指允许存在多个同名函数，而这些函数的参数表不同（或许参数个数不同，或许参数类型不同，或许两者都不同）。其实，重载的概念并不属于“面向对象编程”，重载的实现是：编译器根据函数不同的参数表，对同名函数的名称做修饰，然后这些同名函数就成了不同的函数（至少对于编译器来说是这样的）。如，有两个同名函数：function func(p:integer):integer;和function func(p:string):integer;。那么编译器做过修饰后的函数名称可能是这样的：int_func、str_func。对于这两个函数的调用，在编译器间就已经确定了，是静态的（记住：是静态）。也就是说，它们的地址在编译期就绑定了（早绑定），因此，重载和多态无关！真正和多态相关的是“覆盖”。当子类重新定义了父类的虚函数后，父类指针根据赋给它的不同的子类指针，动态（记住：是动态！）的调用属于子类的该函数，这样的函数调用在编译期间是无法确定的（调用的子类的虚函数的地址无法给出）。因此，这样的函数地址是在运行期绑定的（晚邦定）。结论就是：重载只是一种语言特性，与多态无关，与面向对象也无关！
   
    引用一句Bruce Eckel的话：“不要犯傻，如果它不是晚邦定，它就不是多态。”
   
    那么，多态的作用是什么呢？我们知道，封装可以隐藏实现细节，使得代码模块化；继承可以扩展已存在的代码模块（类）；它们的目的都是为了——代码重用。而多态则是为了实现另一个目的——接口重用！而且现实往往是，要有效重用代码很难，而真正最具有价值的重用是接口重用，因为“接口是公司最有价值的资源。设计接口比用一堆类来实现这个接口更费时间。而且接口需要耗费更昂贵的人力的时间。”
   
    其实，继承的为重用代码而存在的理由已经越来越薄弱，因为“组合”可以很好的取代继承的扩展现有代码的功能，而且“组合”的表现更好（至少可以防止“类爆炸”）。因此笔者个人认为，继承的存在很大程度上是作为“多态”的基础而非扩展现有代码的方式了。
   
    什么是接口重用？我们举一个简单的例子，假设我们有一个描述飞机的基类（Object Pascal语言描述，下同）：
    type
        plane = class
        public
            procedure fly(); virtual; abstract; //起飞纯虚函数
            procedure land(); virtual; abstract; //着陆纯虚函数
            function modal() : string; virtual; abstract; //查寻型号纯虚函数
        end;
   
    然后，我们从plane派生出两个子类，直升机（copter）和喷气式飞机（jet）：
        copter = class(plane)
        private
            fModal : String;
        public
            constructor Create();
            destructor Destroy(); override;
            procedure fly(); override;
            procedure land(); override;
            function modal() : string; override;
        end;
   
        jet = class(plane)
        private
            fModal : String;
        public
            constructor Create();
            destructor Destroy(); override;
            procedure fly(); override;
            procedure land(); override;
            function modal() : string; override;
        end;
   
    现在，我们要完成一个飞机控制系统，有一个全局的函数 plane_fly，它负责让传递给它的飞机起飞，那么，只需要这样：
    procedure plane_fly(const pplane : plane);
    begin
        pplane.fly();
    end;
    就可以让所有传给它的飞机（plane的子类对象）正常起飞！不管是直升机还是喷气机，甚至是现在还不存在的，以后会增加的飞碟。因为，每个子类都已经定义了自己的起飞方式。
   
    可以看到 plane_fly函数接受参数的是 plane类对象引用，而实际传递给它的都是 plane的子类对象，现在回想一下开头所描述的“多态”：多态性是允许你将父对象设置成为和一个或更多的他的子对象相等的技术，赋值之后，父对象就可以根据当前赋值给它的子对象的特性以不同的方式运作。
   
    很显然，parent = child; 就是多态的实质！因为直升机“是一种”飞机，喷气机也“是一种”飞机，因此，所有对飞机的操作，都可以对它们操作，此时，飞机类就作为一种接口。
   
    多态的本质就是将子类类型的指针赋值给父类类型的指针（在OP中是引用），只要这样的赋值发生了，多态也就产生了，因为实行了“向上映射”。
   
    应用多态的例子非常普遍，在Delphi的VCL类库中，最典型的就是：TObject类有一个虚拟的Destroy虚构函数和一个非虚拟的Free函数。Free函数中是调用Destroy的。因此，当我们对任何对象（都是TObject的子类对象）调用 .Free();之后，都会执行 TObject.Free();，它会调用我们所使用的对象的析构函数 Destroy();。这就保证了任何类型的对象都可以正确地被析构。

    多态性作为面向对象最重要的特性，本文所提不过是沧海一粟，还有很多内容。如果可能，希望会有后文继续探讨多态。