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多态与面向对象(一)


  不管时光如何流逝,应该说每个人对他职业生涯的第一次面试都是记忆犹新。不是吗?
  
  经过前两轮的筛选,我推开那扇门,小心翼翼地坐在andy面前。我应聘的职位是c++程序员。坦率的讲,我有一些紧张。您知道的,一个找不到工作的应届大学生,生活是如何地充满压力。
  
  “能告诉我什么是oo吗?”andy一开口就是这样一句。
  
  我有预感,他将主要考察我在面向对象方面的编程能力。我知道c++支持数种不同的程序设计风格,包括面向过程的编程风格(procedural programming)、泛型编程风格(generic programming)、基于对象的编程风格(object-base programming)和面向对象的编程风格(object-oriented programming)。可是什么是oo呢?具体概念,我还真的不大清楚。
  
  “分析问题时,我们常常会把事物看作一个一个的对象,把具有相同特征的对象看作一个类......”我想他是不是在期待这样的答案呢。
  
  “那你对ob又作何解释呢?”andy面无表情。
  
  对呀,所谓ob,就是被称作adt(abstract data template)的程序设计风格,我刚刚所说的不也被ob所支持吗?一直以为自己在使用面向对象编程技术,谁知道......哎,真是惭愧啊。
  
  “是的,应该说oo留给我印象最深的还是继承和多态。”现在我只能尽量回想我曾参与过的少得可怜的项目以寻求答案。
  
  “几乎每个人都同意继承和多态是oo概念,可是据我所知,真正理解这两个概念的却不多。时间有限,我们就谈谈多态。你知道c++以哪些方法支持多态吗?”显然他不想在我身上花太多时间。
  
  这个问题对于我还是不难回答的。例如有以下继承体系:
  
  其中rotate是一个虚拟函数,c++ 以三种方法支持多态。其一,经由一组隐含的转化操作,如把一个派生类指针转化为一个指向其公有基类类型的指针:
  
  shape *ps = new circle();
  
  其二,经由虚拟机制,如
  
  ps->rotate();
  
  其三,经由dynamic_cast和typeid运算符。如
  
  if (circle *pc = dynamic_cast(ps)) ......
  
  “多态的主要用途是经由一个共同的接口来影响类型的封装,这个接口通常被定义在一个抽象的base class中。这个接口是以virtual function机制引发的,它可以在执行期根据object的真正类型解析处到底是哪一个函数实体被调用。”趁热打铁,我敢肯定如果还不能趁此机多说几句的话,那将是前功尽弃。
  
  “如果我写下这样的代码又将怎样呢?”andy飞快地在一张纸片上写下:
  
  circle p;
  
       shape s(p);
  
       s.rotate();
  
  以一派生类对象为初值初始化一个基类对象!这是我的第一反应。
  
  “这会发生所谓的对象切割,同时多态不再呈现。”虽然我敢肯定我所说的话语,可我总感觉andy另有它意。
  
  “为什么多态不再呈现?”他的眼神流露出一丝疑问。
  
  “因为多态的特性只有在使用pointer或reference时才能发挥。”我毫不犹豫的回答。
  
  “好吧,请你讲讲曾参与过的设计。”andy似乎已经达到目的。后来我才知道,c++通过class的pointer和reference来支持多态,这种程序设计风格就是所谓的oo。
  
  我想起曾经参与的一个项目,我的主要任务是通过串口来控制一种叫做云台的外设,其实就是根据通信协议将客户请求翻译成相应的字符串,然后通过串口发送出去。看起来很简单,是吗?不过,为了争取更大的市场,我们必须尽可能多的支持不同厂商提供的不同协议,并且能够在未来方便地加入当前尚未支持的协议。当时的设计就好像这样子:
  
  class cptzhal
  
  {
  
  public:
  
       cptzhal(cserial *pserial, cprotocol *pprotocol);
  
       void sendcommand(int command);
  
  private:
  
       cserial    *m_pserial;
  
       cprotocol *m_pprotocol;
  
  };
  
  成员函数sendcommand的定义如下:
  
  void cptzhal::sendcommand(int command)
  
  {
  
       if(m_pserial != null && m_pprotocol != null)
  
       {
  
            m_pserial->send(m_pprotocol->getcommandstring(command));
  
       }
  
  }
  
  您看,我们使用cptzhal 来接受并处理用户的请求。cprotocol 就是我们的协议类,通过其成员函数getcommandstring 得到指定的请求id所对应的应该发往串口的字串;cserial实际上是串口类,而cserial::send的作用当然是把指定的字串发送出去。
  
  “那么,你是怎么保证方便的添加新协议呢?”andy轻轻移了移身体。
  
  “如您所知,cprotocol理所当然是一个基类,而且我把它设计成一个抽象基类,所有的具体的协议类都将从它派生。”我缓缓说道,同时写下以下代码:
  
  class cprotocol
  
  {
  
  public:
  
       virtual ~cprotocol(){};
  
       virtual string getcommandstring(int) = 0;
  
  };
  
  “您看,因为是一个基类,其析构函数当然要声明为virtual……”
  
  “等等,既然析构函数什么都不做,为什么要给它一个空的函数体?”andy开始试探我。
  
  “正如我刚才所说,我是有义务要声明它们的。本来我也不想给出实现,可是即使我同意,编译器也不会答应啊。”
  
  “嗯,不错。”andy的首肯令我颇有些难为情。
  
  “至于每一个具体的协议类,都必须实现在cprotocol中声明的那些纯虚函数(pure virtual function)。”我飞快地写出以下代码:
  
  class cintelprotocol : public cprotocol
  
  {
  
  public:
  
       string getcommandstring(int command);
  
  };
  
  
  
  string cintelprotocol::getcommandstring(int command)
  
  {
  
       // 返回相应的字串
  
  }
  
  “您看,cintelprotocol正是封装了英特尔的协议。当有新的协议加进来的时候,做法就如同以上一般,从cprotocol派生出一个新的协议类。”
  
  从andy的表情可以看出,他还算满意。作为协议类的客户,cptzhal并不需要知道这个具体协议到底是英特尔的还是三星的,说不准它是将来某个别的厂商所提供的。可是这有什么关系呢?不管这点如何改变,cptzhal压根就不用变。这,正是多态所带来的好处。
  
  我和andy的对话就这样结束了吗?不,还没有。这正如我要跟你讲的有关oop的故事,还将继续。

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