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多态与面向对象(一)

摘要: 多态与面向对象(一)

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　　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。