The Programming Language Idioms
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重載與重寫 | 靜態(tài)構(gòu)造函數(shù) | 只讀代理 | 同步代理 | 資源管理 | 構(gòu)造函數(shù)中的虛函數(shù)
?強(qiáng)制針對接口編程 | 抗變與協(xié)變 | friend interface | ctor vs. setter | 雜項
問題
日常討論中，術(shù)語的不統(tǒng)一帶來些許混亂
慣用的表達(dá)
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overload
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重載
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函數(shù)名稱相同，參數(shù)不同（嚴(yán)格的定義還有其它一些限制）
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靜態(tài)決議
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override
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重寫（覆寫，覆蓋，改寫）
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子類重新定義父類定義過的虛函數(shù)（個別語言允許返回值，訪問級別可以不同）
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動態(tài)決議
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示例
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???? class Base {
???? }
???? class Derived:Base {
???? }
???? class Client {
???????? void Test(Base obj){
????????????? Console.WriteLine("base");
???????? }
???????? void Test(Derived obj){
????????????? Console.WriteLine("derived");
???????? }
???????? staticvoid Main(string[] args) {
????????????? Base obj = new Derived();
????????????? new Client().Test(obj);??? //輸出“base”
???????? }
???? }
|
?
靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)
問題
1，在工具類中，通常有一些初始化需要在任何靜態(tài)方法被調(diào)用前進(jìn)行，如配置信息的讀取
2，普通類中的復(fù)雜的靜態(tài)信息，需要在任何實(shí)例方法被調(diào)用前初始化
我見過的解決方法
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1，在每個靜態(tài)方法中都調(diào)用必需的初始化步驟
???? publicclass SomeUtilClass {
???????? private SomeUtilClass(){
???????? }
???????? privatestaticvoid Init(){
????????????? //....
???????? }
???????? publicstaticstring GetUID(){
????????????? Init();
????????????? return uid;
???????? }
????????? publicstaticstring GetConnectionString(){
????????????? Init();
????????????? return connString;
???????? }
???? }
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2，在普通構(gòu)造函數(shù)中初始化
???? publicclass SomeMapperClass{
???????? privatestatic Hashtable types;
???????? public SomeMapperClass(){
????????????? if(types == null){
?????????????????? types = new Hashtable();
?????????????????? types.Add("RED", Color.Red);
?????????????????? types.Add("GREEN", Color.Green);
?????????????????? types.Add("BLUE", Color.Blue);
????????????? }
???????? }
???????? public Color GetColor(string color){
????????????? return (Color)types[color];
???????? }
???? }
?
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我推薦的解決方法
使用靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)（C#），或靜態(tài)初始化塊（Java）
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[C#]
???? publicclass SomeClass {
???????? static SomeClass(){
????????????? Init();
????????????? types = new Hashtable();
????????????? types.Add(...);
????????????? types.Add(...);
???????? }
???? }
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[Java]
???? publicclass SomeClass {
???????? static{
????????????? Init();
????????????? types = new HashMap();
????????????? types.put("", "");
????????????? types.put("", "");
???????? }
???? }
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效果
1，Once，only once
2，定義中對異常處理等有要求，可參考規(guī)范
2，多線程時是否有問題，我不清楚，討論一下
只讀代理
問題
對象內(nèi)部有一個集合，由這個對象來控制其元素的增加刪除，但客戶需要訪問該集合取得自己想要的信息，而對象不可能為所有的客戶都提供對應(yīng)的方法，因此需要返回內(nèi)部的這個集合，但不允許客戶增加或刪除其元素
我見過的解決方法
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直接返回代表集合的成員引用，僅在文檔中要求客戶不能增刪集合中的元素
???? publicclass SomeClass {
???????? private List attrs;
???????? public List GetAttributes(){
????????????? return attrs;
???????? }
???? }
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我推薦的解決方法
1，首選語言提供的功能
2，次選類庫提供的功能
3，自己包裝代理類，或返回深度拷貝，或使用AOP
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[C++]
class
config
{
public
:
???? const list & get_attributes(){
???????? return attrs;
???? }
private
:
???? list attrs;
};
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[C#]
???? publicclass SomeClass {
???????? private IList attrs;
???????? public IList GetAttributes(){
????????????? return ArrayList.ReadOnly(attrs);
???????? }
???? }
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[Java]
???? publicclass SomeClass {
???????? private List attrs;
???????? public List getAttributes(){
????????????? return Collections.unmodifiableList(attrs);
???????? }
???? }
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效果
1，
語言提供的功能可幫助在編譯期進(jìn)行檢查，確保程序中連試圖增刪元素的代碼都不存在；但對有意無意的const轉(zhuǎn)型無能為力
2，類庫
提供的功能可幫助在運(yùn)行期進(jìn)行檢查，確保程序中試圖增刪元素的操作都拋出異常
同步代理
問題
為了對象的線程安全引入了同步機(jī)制，卻使對象在單線程環(huán)境下付出了不必要的性能上的代價，曾經(jīng)的例子如寫時拷貝COW
我見過的解決方法
就是視而不見，不做任何處理，使用同步原語
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[C#]
???? publicclass SomeClass {
???????? [MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]
???????? publicvoid Add(string name){
????????????? attrs.Add(name);
???????? }
???? }
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[Java]
???? publicclass SomeClass {
???????? publicsynchronizedvoid Add(string name){
????????????? attrs.add(name);
???????? }
???? }
?
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我推薦的解決方法
參考類庫的實(shí)現(xiàn)，提供沒有同步的原始類，及有同步的代理類；早期的JDK中Vector及HashTable都是同步的類，新的ArrayList及 HashMap都不是同步的，Collections提供了靜態(tài)方法返回同步代理；當(dāng)在多線程環(huán)境中需要更改集合時，使用代理類
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[C#，多線程環(huán)境中使用同步代理的客戶類代碼]
???? publicclass SomeClass {
???????? public SomeClass(IList source){
????????????? attrs = ArrayList.Synchronized(source);
???????? }
???????? publicvoid Add(string name){
????????????? attrs.Add(name);
???????? }
???????? publicvoid Remove(string name){
????????????? attrs.Remove(name);
???????? }
???? }
[C#，單線程環(huán)境中使用同步代理的客戶類代碼]
???? publicclass OtherClass{
???????? public OtherClass(IList source){
????????????? attrs = source;
???????? }
???????? publicvoid Add(string name){
????????????? attrs.Add(name);
???????? }
???????? publicvoid Remove(string name){
????????????? attrs.Remove(name);
???????? }
???? }
|
[Java，多線程環(huán)境中使用同步代理的客戶類代碼]
???? publicclass SomeClass {
???????? public SomeClass (List source){
????????????? attrs = Collections.synchronizedList(source);
???????? }
???????? publicvoid add(string name){
????????????? attrs.add(name);
???????? }
???? }
[Java，單線程環(huán)境中使用同步代理的客戶類代碼]
???? publicclass OtherClass{
???????? public OtherClass(List source){
????????????? attrs = source;
???????? }
???????? publicvoid add(string name){
????????????? attrs.add(name);
???????? }
???? }
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效果
不必為不需要的功能付出額外的代價
問題
有時需要精確的控制資源分配和釋放的時機(jī)，保證資源的異常安全，避免資源泄漏，導(dǎo)致死鎖，文件丟失，數(shù)據(jù)庫連接過多等
我見過的解決方法
在缺乏真正的局部對象和析構(gòu)函數(shù)的語言中，try/catch/finally充斥在代碼中
使用中間件可幫助解決部分資源管理，如數(shù)據(jù)庫連接等
可能會出現(xiàn)基于AOP的資源管理框架
我推薦的解決方法
在C++中，自動化的資源管理是與生俱來的，即B.S.提出的“資源管理即初始化”(RAII)
在C#中，可使用using+IDispose取得近似RAII的效果
在Java中，我不知道，討論一下
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[C++，RAII，僅僅示例，操作文件應(yīng)首選std::fstream等]
class
File
{
public
:
???? explicit File(string path){
???????? pf = fopen(path.c_str(), "rwb");
???? }
???? ~File(){
???????? fclose(pf);
???? }
???? operator FILE* (){
???????? return pf;
???? }
private
:
???? FILE* pf;
};
[C++，RAII的客戶代碼，僅僅示例，操作文件應(yīng)首選std::fstream等]
void test
()
{
???? File file("auto.txt");
???? char buf[256];
???? fread(buf, 0, 256, file);//
即使這個操作會拋出異常，文件依然會被關(guān)閉
}
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[C#，僅僅示例]
???? publicclass File:IDisposable {
???????? private FileStream fs;
???????? public File(string path){
????????????? fs = new FileStream(path, FileMode.Create);
???????? }
???????? publicstaticimplicitoperator FileStream(File file) {
????????????? return file.fs;
???????? }
???????? publicvoid Dispose() {
????????????? fs.Close();
???????? }
???? }
[C#，僅僅示例]
???? publicclass Test{
???????? void test(){
????????????? using(File file = new File("auto.txt")){
?????????????????? //some read, write, etc.
????????????? }
????????????? //
文件已經(jīng)被關(guān)閉，即使某步操作拋出異常
???????? }
???? }
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效果
1，資源管理自動化，不局限于內(nèi)存
2，C++中使用模板，可統(tǒng)一定義大部分資源的包裝類，目前的C#只能為每種資源定義單獨(dú)的類，或者使用AOP
語言特性
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[C++]
虛函數(shù)與對象狀態(tài)有關(guān)，與訪問權(quán)限（public/protected/private）無關(guān)
只要子類對象構(gòu)造出來了，就可以調(diào)用重寫的方法，不管訪問權(quán)限
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[Java, C#]
虛函數(shù)與對象狀態(tài)無關(guān)，與訪問權(quán)限（public/protected/private/default/internal）有關(guān)
只要訪問權(quán)限允許，就可以調(diào)用重寫的方法，不管子類對象構(gòu)造出來沒有
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后果
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[C++]
在基類構(gòu)造函數(shù)/析構(gòu)函數(shù)里調(diào)用的方法永遠(yuǎn)都是基類的實(shí)現(xiàn)，不會調(diào)到子類；在其它方法里面虛函數(shù)永遠(yuǎn)都是調(diào)到子類的覆寫實(shí)現(xiàn)，不管是不是private
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[Java, C#]
在基類構(gòu)造函數(shù)里調(diào)用方法，只要子類覆寫了該方法，就會調(diào)到子類的實(shí)現(xiàn)
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解決方法
慎重的在構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用虛函數(shù)，尤其是在Java和C#中，至少應(yīng)該在注釋中說明理由
問題
盡管“針對接口編程”做為一條原則已經(jīng)廣為流傳，但實(shí)際應(yīng)用中仍然隨處可見HashMap，Vector等做為接口參數(shù)、返回值傳來傳去
我見過的解決方法
使用Factory Method返回接口，并最小化具體類構(gòu)造函數(shù)的訪問權(quán)限，或類本身的訪問權(quán)限
我推薦的解決方法
Factory Method依然值得推薦，另外可以利用語言本身的特性來避免多寫一個Factory Method
在C++中，override一個虛函數(shù)時可以任意改變它的訪問權(quán)限，包括將它由public變?yōu)閜rivate；有人說這樣會破壞封裝，但只要語義正確，有意為之，也沒什么問題
在C#中，可使用“顯式接口成員實(shí)現(xiàn)”
在Java中，我不知道，討論一下，或者用Spring吧
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[C++]
class
ISomeInterface
{
public
:
???? virtualvoid SomeMethod() = 0;
};
?
class
SomeClass : public ISomeInterface
{
private
:
???? void SomeMethod(){
???????? std::cout << "Subclass\n";
???? }
};
?
int
main(int argc, _TCHAR* argv[])
{
???? SomeClass obj;
???? obj.SomeMethod();??? //Error
???? ISomeInterface& iobj = obj;
???? iobj.SomeMethod();?? //Ok
???? return 0;
}
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[C#]
???? publicinterface ISomeInterface {
???????? void SomeMethod();
???? }
???? publicclass SomeClass:ISomeInterface {
???????? //1
，不要寫訪問修飾符；2，使用方法全名
???????? void ISomeInterface.SomeMethod(){
????????????? System.Console.WriteLine("Subclass");
???????? }
}
???? publicclass Test{
???????? void test(){
????????????? SomeClass obj = new SomeClass();
????????????? obj.SomeMethod();??? //Error;
????????????? ISomeInterface iobj = obj;
????????????? iobj.SomeMethod();?? //Ok
???????? }
???? }
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效果
1，少寫一個Factory Method
2，不需要控制構(gòu)造函數(shù)的訪問權(quán)限
問題
在override 虛函數(shù)時，子類有時想要返回或處理與父類函數(shù)參數(shù)和返回值略微不同的類型，比如假設(shè)“動物類”有一個“伴侶”的虛函數(shù)，其返回值類型為“動物類”，但子類 “兔子”override“伴侶”時，需要把返回值改為“兔子”；假設(shè)“鳥類”有一個“進(jìn)食”的虛函數(shù)，其參數(shù)類型為“谷類”，但子類“食鐵鳥” override“進(jìn)食”時，需要把參數(shù)改為“堿性食物”；這時，除了使用泛型可以解決外，就需要用到抗變與協(xié)變
定義
抗變：向父類的方向變化
協(xié)變：向子類的方向變化
語言支持
返回值抗變與參數(shù)協(xié)變會帶來明顯的類型安全問題，因此，常用的基本是返回值協(xié)變與參數(shù)抗變；對抗變與協(xié)變支持的最全面的是Eiffel，它同時提供了受束泛型來解決返回值抗變與參數(shù)協(xié)變帶來的類型安全問題
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[C++]
只支持返回值協(xié)變
class
Animal{
public
:
???? virtual Animal const& Spouse() = 0;
};
class
Rabbit : public Animal{
public
:
???? Rabbit const& Spouse(){
???????? return Rabbit(); //return local reference, don't follow me.
???? }
};
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[C#]
不支持
[Java]
1.5之前不支持，1.5有限度的支持返回值協(xié)變；
另外迫于checked exception的蹩腳實(shí)現(xiàn)，Java支持異常聲明的協(xié)變
?
|
?
問題
C#和Java取消了friend關(guān)鍵字，增加了“assembly/package”訪問權(quán)限；然而，出于代碼樹合理組織的需要，整個project常常根據(jù)功能模塊被分解成一些小 project，而一些較大的功能模塊，通常包含幾個相互協(xié)作的project，導(dǎo)致了不同的assembly或package；有一些操作，這些相互協(xié)作的assemly或package需要能夠訪問，而不允許其它的assembly或package訪問，如各種setter；但現(xiàn)在的 assembly/package訪問權(quán)限無法做到這一點(diǎn)，如果使用public，則所有客戶代碼均可訪問，喪失了安全性
解決方案
根據(jù)接口細(xì)分的原則，增加一個friend interface，將部分操作轉(zhuǎn)移到friend interface中，對內(nèi)聚的幾個project/assembly/package，使用friend interface作為接口參數(shù)或返回值，對其它的project/assembly/package則使用安全的接口
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1), 安全接口，供所有客戶使用
public interface
ActivityInstanceSafeInterface {
??? /**
???? *
獲取分配時間
???? */
??? Date getAssignTime();?
??? /**
???? *
獲取提交時間
???? */
??? Date getCommitTime();?
??? /**
???? *
獲取激活時間
???? */
??? Date getActivatedTime();???
??? /**
???? *
獲取最后一次更新時間
???? */
??? Date getUpdateTime();???
}
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2），friend interface，供朋友使用（注意，繼承了安全接口）
public interface
ActivityInstanceFriendInterface
extends
ActivityInstanceSafeInterface {
??? /**
???? *
設(shè)置激活時間
???? */
??? void setActivatedTime(Date date);???
??? /**
???? *
設(shè)置提交時間
???? */
??? void setCommitTime(Date date);???
??? /**
???? *
設(shè)置分配時間
???? */?? ?
??? void setAssignTime(Date date);???
??? /**
???? *
設(shè)置最后一次更新時間
???? */
??? void setUpdateTime(Date date);?
??? /**
???? *
清除收到的
token
???? */
??? void clearTokens();
??? boolean canStart();
??? boolean canFinish();
}
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3），實(shí)現(xiàn)類，實(shí)現(xiàn)所有接口
public class
ActivityInstance
implements
ActivityInstanceFriendInterface {
//……
}
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?
二者之間的使用場景基本已有定論，這里概述一下
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01#
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決定對象的有效性（或合法性）的資源（即任何業(yè)務(wù)邏輯方法第一次調(diào)用前必須初始化的屬性），應(yīng)該使用ctor獲取
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02#
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對象生命期內(nèi)不變的屬性，應(yīng)該使用ctor獲取
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03#
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實(shí)際應(yīng)用中，推薦盡量使用上述兩條規(guī)則，除非方便性比正確性重要的場合
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?
問題
在代碼中發(fā)現(xiàn)了一些書籍中曾經(jīng)提到的小問題，列在這里，提醒一下
條款
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01#
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請私有化singleton類的構(gòu)造函數(shù)
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02#
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如果不用子類化代替flag，至少使用enum代替接口常量來表示flag
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03#
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訪問控制（public，private等）是針對類型的，不是針對對象的，同一種類型的對象可以任意訪問彼此的私有成員
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?
?
【推薦參考資料】
1.C#標(biāo)準(zhǔn)：ECMA-334 : C# Language Specification
2.Java標(biāo)準(zhǔn)：The Java? Language Specification Second Edition
3.C++標(biāo)準(zhǔn)：ISO/IEC 14882:2003 Programming Languages - C++
4.The C# Programming Language
5.The Java Programming Language
6.The C++ Programming Language