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    訪問者模式討論篇:java的動態綁定與雙分派

    java的動態綁定

    所謂的動態綁定就是指程執行期間(而不是在編譯期間)判斷所引用對象的實際類型,根據其實際的類型調用其相應的方法。java繼承體系中的覆蓋就是動態綁定的,看一下如下的代碼:

        class Father {
            public void method(){
                System.out.println("This is Father's method");
            }
        }
    
        class Son1 extends Father{
            public void method(){
                System.out.println("This is Son1's method");
            }
        }
    
        class Son2 extends Father{
            public void method(){
                System.out.println("This is Son2's method");
            }
        }
    
        public class Test {
            public static void main(String[] args){
                Father s1 = new Son1();
                s1.method();
    
                Father s2 = new Son2();
                s2.method();
            }
        }

    運行結果如下:

    This is Son1's method
    This is Son2's method

    通過運行結果可以看到,盡管我們引用的類型是Father類型的,但是運行時卻是調用的它實際類型(也就是Son1和Son2)的方法,這就是動態綁定。在java語言中,繼承中的覆蓋就是是動態綁定的,當我們用父類引用實例化子類時,會根據引用的實際類型調用相應的方法。

    java的靜態綁定

    相對于動態綁定,靜態綁定就是指在編譯期就已經確定執行哪一個方法。在java中,方法的重載(方法名相同而參數不同)就是靜態綁定的,重載時,執行哪一個方法在編譯期就已經確定下來了??匆幌麓a:

        class Father {}
        class Son1 extends Father{}
        class Son2 extends Father{}
    
        class Execute {
            public void method(Father father){
                System.out.println("This is Father's method");
            }
    
            public void method(Son1 son){
                System.out.println("This is Son1's method");
            }
    
            public void method(Son2 son){
                System.out.println("This is Son2's method");
            }
        }
    
        public class Test {
            public static void main(String[] args){
                Father father = new Father();
                Father s1 = new Son1();
                Father s2 = new Son2();
    
                Execute exe = new Execute();
                exe.method(father);
                exe.method(s1);
                exe.method(s2);
            }
        }

    運行結果如下:

    This is Father's method
    This is Father's method
    This is Father's method

    在這里,程序在編譯的時候就已經確定使用method(Father father)方法了,不管我們在運行的時候傳入的實際類型是什么,它永遠都只會執行method(Father father)這個方法。也就是說,java的重載是靜態綁定的。

    instanceof操作符與轉型

    有時候,我們希望在使用重載的時候,程序能夠根據傳入參數的實際類型動態地調用相應的方法,也就是說,我們希望java的重載是動態的,而不是靜態的。但是由于java的重載不是動態綁定,我們只能通過程序來人為的判斷,我們一般會使用instanceof操作符來進行類型的判斷。我們要對method(Father father)進行修改,在方法體中判斷運行期間的實際類型,修改后的method(Father father)方法如下:

        public void method(Father father){
            if(father instanceof Son1){
                method((Son1)father);
            }else if(father instanceof Son2){
                method((Son2)father);
            }else if(father instanceof Father){
                System.out.println("This is Father's method");
            }
        }

    請注意,我們必須把判斷是否是父類的條件(也就是判斷是否為Father類的條件)放到最后,否則將一律會被判斷為Father類,達不到我們動態判斷的目的。修改代碼后,程序就可以動態地根據參數的實際類型來調用相應的方法了。運行結果如下:

    This is Father's method
    This is Son1's method
    This is Son2's method

    但是這種實現方式有一個明顯的缺點,它是偽動態的,仍然需要我們來通過程序來判斷類型。假如Father有100個子類的話,還是這樣來實現顯然是不合適的。必須通過其他更好的方式實現才行,我們可以使用雙分派方式來實現動態綁定。

    用雙分派實現動態綁定

    首先,什么是雙分派?還記得23種設計模式(9):訪問者模式中一開始舉的例子嗎?

    類A中的方法method1和method2的區別就是,method2是雙分派。我們可以看一下java雙分派的特點:首先要有一個訪問類B,類B提供一個showA(A a) 方法,在方法中,調用類A的method1方法,然后類A的method2方法中調用類B的showA方法并將自己作為參數傳給showA。雙分派的核心就是這個this對象。說到這里,我們已經明白雙分派是怎么回事了,但是它有什么效果呢?就是可以實現方法的動態綁定,我們可以對上面的程序進行修改,代碼如下:

        class Father {
            public void accept(Execute exe){
                exe.method(this);
            }
        }
        class Son1 extends Father{
            public void accept(Execute exe){
                exe.method(this);
            }
        }
        class Son2 extends Father{
            public void accept(Execute exe){
                exe.method(this);
            }
        }
    
        class Execute {
            public void method(Father father){
                System.out.println("This is Father's method");
            }
    
            public void method(Son1 son){
                System.out.println("This is Son1's method");
            }
    
            public void method(Son2 son){
                System.out.println("This is Son2's method");
            }
        }
    
        public class Test {
            public static void main(String[] args){
                Father father = new Father();
                Father s1 = new Son1();
                Father s2 = new Son2();
    
                Execute exe = new Execute();
                father.accept(exe);
                s1.accept(exe);
                s2.accept(exe);
            }
        }

    可以看到我們修改的地方,在Father,Son1,Son2中分別加入一個雙分派的方法。調用的時候,原本是調用Execute的method方法,現在改為調用Father的accept方法。運行結果如下:

    This is Father's method
    This is Son1's method
    This is Son2's method

    運行結果符合我們的預期,實現了動態綁定。雙分派實現動態綁定的本質,就是在重載方法委派的前面加上了繼承體系中覆蓋的環節,由于覆蓋是動態的,所以重載就是動態的了,與使用instanceof操作符的效果是一樣的(用instanceof操作符可以實現重載方法動態綁定的原因也是因為instanceof操作符是動態的)。但是與使用instanceof操作符實現動態綁定相比,雙分派方式的可擴展性要好的多。

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