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。

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。

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