实例看继承与多态

实例看多态

近来看了一下多态性，把我的一些感受以例子的形式记录一下。

一．形象理解
两条理解的原则：
（1）一个派生类对象可以被声明成一个基类，或者是一个基类指针可以指向一个派生类对象：
//c++ code

BaseClass *p;

DerivedClass obj;

p = &obj;

//C# code

BaseClass obj = new DerivedClass();

（2）把一个对象看做是一个独立的个体，调用对象的public成员函数实际上是给这个对象发送一个消息，采取什么样的动作完全由对象自己决定。

Shape是基类，Circle和Line是从Shape继承出来的，Shape有draw()方法，Circle与Line分别自己定义了自己的draw()方法，在下面的代码里：

// Java Code

static void func(Shape s)

{

s.Draw();

}

如果发生了这样的调用：

Line l = new Line();

Circle c = new Circle();

func(l);

func( c);

一个Circle和一个Line被当做Shape传到函数里去了，然后调用Draw()，会发生什么情况？因为对象是独立的个体，在func()里，这两个对象被分别传递了Draw()消息，叫它们绘制自己吧，于是他们分别调用了自己类里定义的Draw()动作。

通过这两条原则我们可以理解上面的多态。正是由于多态，使得我们不必要这样去做：

IF 你是一个Circle THEN 调用Circle的Draw()

ELSE IF 你是一个Line THEN 调用Line的Draw()

ELSE …

我们只要给这个被声明成为Shape的对象发送Draw消息，怎么样去Draw就由对象自己去决定了。

二．一切皆因虚函数

先看看实现多态的基本条件：

（1）      基类含有虚函数

（2）      继承类把这个虚函数重新实现了

（3）      继承类也可能没有重新实现基类的所有虚函数，因此对于这些没有被重新实现的虚函数不能发生多态。

再看一下几种语言里一些特别的规定：

1． C++：
（1）虚函数用virtual关键字声明。
（2）virtual void Func(para_list) = 0;这样的虚函数叫做纯虚函数，表示这个函数没有具体实现。包含纯虚函数的类叫做抽象类，如果他的继承类没有对这个纯虚函数具体用代码实现，则这个继承类也是抽象类。抽象类不能被实例话（就是说不能创建出对象）。
（3）继承类重新实现基类的虚函数时，不需要做任何特别的声明。
（4）如果不用virtual关键字修饰，并且在派生类里重新实现了这个方法，这仅仅是一个简单的覆盖，不会发生多态，我们暂称它非多态吧。

2． Java：
（1）Java没有virtual关键字，Java把一切类的方法都认为是虚函数。
（2）继承类重新实现基类的虚函数时，不需要做任何特别的声明。因此在Java里只要重新实现了基类的方法，并且把继承类对象声明为基类，多态就要发生。因此Java对多态的条件相对是比较低的。

//Java Code
class BaseClass
{
  public void hello(){};
}

class DerivedClass extends BaseClass
{
  public void hello()
  {
    System.out.println(“Helloworld!”);
  }
 
  public static void main(Stringargs[])
  {
    BaseClass obj = newDerivedClass();
    obj.hello();
  }
}

输入是Helloworld!。这样就实现了多态。

（3）虚函数用abstract声明，含有虚函数的类是抽象类，也要用abstract关键字修饰。

//Java Code
public abstract AbstractClass
{
  public abstract void hello();
  //…
}

3． C#：
C#对于多态的编写是最为严格和严谨的。
（1）虚函数用virtual声明。
（2）纯虚函数用abstract声明，含纯虚函数的类是抽象类，必须用abstract关键字修饰。
（3）如果仅仅是覆盖基类的非虚方法，则需要用new关键字声明：
//C# Code
public class BaseClass
{
  public void hello()
  {
     System.Console.WriteLine(“Hello,this come from BaseClass”);
  }
}

public class DerivedClass : BaseClass
{
  public new void hello()
  {
   System.Console.WriteLine(“Hello,this is come from DerivedClass”);
  }

  public static void Main()
  {
    BaseClass obj = newDerivedClass();
    obj.hello();
  }
}

输出为Hello,thiscome from BaseClass，也就是说这并没有实现多态（非多态）。

（4）通过virtual – override、abstract – override组合实现多态。
当派生类重新实现基类的虚函数（或纯虚函数）时，必须用override关键字进行修饰。

//C# Code
public abstract class AbsBaseClass
{
  public abstract void hello();
}

public class DerivedClass : AbsBaseClass
{
  public void hello()
  {
   System.Console.WriteLine(“Hello world!”);
  }

  public static voidSayHello(AbsBaseClass obj)
  {
    obj.hello();
  }

  public static void Main()
  {
    DerivedClass _obj =new DerivedClass();
   DerivedClass.SayHello(_obj);
  }
}

输出为Helloworld!

三．多态的反溯
继承类对象在发生多态时，并是不完全抛开基类不管的，它会去查看基类的虚函数列表，在这个列表的范围内才会发生多态。
让我们来看一个比较复杂的例子：

// Java Code
class A

{

       protectedvoid hello(Object o)

       {

              System.out.println("A- Object");

       }

}

class B extends A

{

       protectedvoid hello(String s)

       {

              System.out.println("B- String");

       }

       protectedvoid hello(Object o)

       {

              System.out.println("B- Object");

       }

};

class C

{

       publicstatic void main(String args[])

       {                  

              Objectobj = new Object();          

              Stringstr = "ABC";

              Aa = new B();      

              a.hello(obj);          

              a.hello(str);

       }

};

输出结果为：

B – Object

B – Object

正如上面所说的，由于基类里没有参数类型为String的虚函数，因此B的hello(String)方法不参与多态。调用a.hello(str)时，由于String是Object的继承类，因此这个str被作为一个Object传入了B的hello(Object)，这一点正如我们的原则一所述。

四．接口——仅仅是更抽象的抽象类

       接口是类的协定，但由于接口又参与多态性，从这一点说，我们认为它是更为抽象的抽象类，如下：

// Java Code
interface IBase

{
       voidhello();
}

class DerivedClass implements IBase
{
       publicvoid hello()
       {
              System.out.println(“Helloworld!”);
       }

       publicstatic void main(String args[])
       {
              IBaseobj = new DerivedClass();
              obj.hello();
       }
}

在Java与C#中，类只能从一个基类派生出来，但是可以实现多个接口。

这里有一个小小的问题：如果IBase1与IBase2里都声明了有hello()方法，DerivedClass实现了这两个接口，当然需要具体把hello()实现出来。

interface IBase1
{
       voidhello();
}

interface IBase2
{
       voidhello();
}

public class DerivedClass1 : IBase1,IBase2
{
       publicvoid hello()
       {
              System.Console.WriteLine(“Helloworld!”);
       }
}

public class DerivedClass2 : IBase1,IBase2
{
       voidIBase1.hello()

       {
              System.Console.WriteLine(“Thiscome from IBase1”);
       }

       voidIBase2.hello()
       {
              System.Console.WriteLine(“Thiscome from IBase2”);
       }

       publicstatic void Main()
       {
              IBase1obj_1 = new DerivedClass1();
              IBase2obj_2 = new DerivedClass1();
              IBase1obj_3 = new DerivedClass2();
              IBase2obj_4 = new DerivedClass2();

              obj_1.hello();
              obj_2.hello();
              obj_3.hello();
              obj_4.hello();
       }
}

输出为：

Hello world!

Hello world!;

This come from IBase1

This come from IBase2

有两点注意：（1）DerivedClass2的实现方法叫显式实现，这种方法C#才支持，在Java里不能实现。（2）进一步测试表明：hello()方法并不属于DerivedClass2：

加入这样的代码

DerivedClass2 t = new DerivedClass2();

t.hello();

编译错误：test.cs(44,3):error CS0117: “DerivedClass2”并不包含对“hello”的定义

那就是说这个方法是属于接口的，但是接口不能含有具体的实现代码，这里是不是存在一定的矛盾呢？

欢迎与我交流：tanrui@sjtu.edu.cn

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