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漫谈C#编程中的多态与new关键字

2018-06-22 01:34

文档管理软件,文档管理系统,知识管理系统,档案管理系统的技术资料:

  1. 你通常怎样用多态?
  假设我有一个类,里面有一个 PrintStatus 方法,用于打印实例的当前状态,我希望该类的派生类都带有一个 PrintStatus 方法,并且这些方法都用于打印其实例的当前状态。那么我会这样表达我的愿望:

// Code #01
class Base
{
 public virtual void PrintStatus()
 {
  Console.WriteLine(“public virtual void PrintStatus() in Base“);
 }
}
  于是我可以写一个这样的方法:

// Code #02
public void DisplayStatusOf(Base[] bs)
{
 foreach (Base b in bs)
 {
  b.PrintStatus();
 }
}
  bs 中可能包含着不同的 Base 的派生类,但我们却可以忽略这些“个性”而使用一种统一的方式来处理某事。在 .NET 2.0 中,XmlReader 的 Create 有这样一个版本:

public static XmlReader Create(Stream input);
  你可以向 Create 传递任何可用的“流”,例如来自文件的“流”(FileStream)、来自内存的“流”(MemoryStream)或来自网络的“流”(NetworkStream)等。虽然每一中“流”的工作细节都不同,但我们却使用一种统一的方式来处理这些“流”。
  2. 假如有人不遵守承诺...
  DisplayStatusOf 隐含着这样一个假设:bs 中如果存在派生类的实例,那么该派生类应该重写 PrintStatus,当然必须加上 override 关键字:

// Code #03
class Derived1 : Base
{
 public override void PrintStatus()
 {
  Console.WriteLine(“public override void PrintStatus() in Derived1“);
 }
}
  你可以把这看作一种承诺、约定,直到有人沉不住气...

// Code #04
class Derived2 : Base
{
 public new void PrintStatus()
 {
  Console.WriteLine(“public new void PrintStatus() in Derived2“);
 }
}
  假设我们有这样一个数组: // Code #05

Base[] bs = new Base[]
{
 new Base(),
 new Derived1(),
 new Derived2()
};
  把它传递给 DisplayStatusOf,则输出是:

// Output #01
// public virtual void PrintStatus() in Base
// public override void PrintStatus() in Derived1
// public virtual void PrintStatus() in Base
  从输出结果中很容易看出 Derived2 并没有按照我们期望的去做。但你无需惊讶,这是由于 Derived2 的设计者没有“遵守约定”的缘故。
  3. new:封印咒术
  new 似乎给人一种这样的感觉,它的使用者喜欢打破别人的约定,然而,如果使用恰当,new 可以弥补基类设计者的“短见”。在 Creating a Data Bound ListView Control 中,Rockford Lhotka 就示范了如何封印原来的 ListView.Columns,并使自行添加的返回 DataColumnHeaderCollection 的 Columns 取而代之。
  从 Output #01 中我们可以看到,new 只是把 Base.PrintStatus 封印起来而不是消灭掉,你可以解除封印然后进行访问。对于 Derived2 的使用者,解封的方法是把 Derived2 的实例转换成 Base 类型:

// Code #06
Base d2 = new Derived2();
d2.PrintStatus();
// Output #02
// public virtual void PrintStatus() in Base
而在 Derived2 内部,你可以透过 base 来访问:
// Code #07
base.PrintStatus();
  这种方法是针对实例成员的,如果被封印的成员是静态成员的话,就要透过类名来访问了。
  4. 假如 Base.PrintStatus 是某个接口的隐式实现...
  假如 Base 实现了一个 IFace 接口:

// Code #08
interface IFace
{
 void PrintStatus();
}
class Base : IFace
{
 public virtual void PrintStatus()
 {
  Console.WriteLine(“public virtual void PrintStatus() in Base“);
 }
}
  我们只需要让 Derived2 重新实现 IFace:

// Code #09
class Derived2 : Base, IFace
{
 public new void PrintStatus()
 {
  Console.WriteLine(“public new void PrintStatus() in Derived2“);
 }
}
  Derived1 保持不变。则把:

// Code #10
IFace[] fs = new IFace[]
{
 new Base(),
 new Derived1(),
 new Derived2(),
}
  传递给:

// Code #11
public void DisplayStatusOf(IFace[] fs)
{
 foreach (IFace f in fs)
 {
  f.PrintStatus();
 }
}
  输出结果是:

// Output #03
// public virtual void PrintStatus() in Base
// public override void PrintStatus() in Derived1
// public new void PrintStatus() in Derived2
  从输出结果中,我们可以看到,虽然 Derived2.PrintStatus 应用了 new,但却依然参与动态绑定,这是由于 new 只能割断 Derived2.PrintStatus 和 Base.PrintStatus 的联系,而不能割断它与 IFace.PrintStatus 的联系。我在 Derived2 的定义中重新指定实现 IFace,这将使得编译器认为 Derived2.PrintStatus 是 IFace.PrintStatus 的隐式实现,于是,在动态绑定时 Derived2.PrintStatus 就被包括进来了。
  5. 谁的问题?
  我必须指出,如果 Base(Code #01)和 Derived2(Code #04)同时存在的话,它们俩其中一个存在着设计上的问题。为什么这样说呢?Base 的设计者在 PrintStatus 上应用 virtual 说明了他希望派生类能透过重写这一方法来参与动态绑定,即多态性;而 Derived2 的设计者在 PrintStatus 上应用 new 则说明了他希望割断 Derived2.PrintStatus 和 Base.PrintStatus 之间的联系,这将使得 Derived2.PrintStatus 无法参与到 Base 的设计者所期望的动态绑定中。如果在 Base.PrintStatus 上应用 virtual(即对多态性的期望)是合理的话,那么 Derived2.PrintStatus 应该换用另外一个名字了;如果在 Derived2.PrintStatus 上应用 new(即否决参与动态绑定)是合理的,那么 Base.PrintStatus 应该考虑是否去掉 virtual 了,否则就会出现一些奇怪的行为,例如 Output #01 的第三行输出。
  假如继承体系中多态性行为的期望是合理的话,那么更实际的做法应该是把 Base 定义成这样:

// Code #12
abstract class Base
{
 public abstract void PrintStatus();
}
  而原来 Base 中的实现应该下移到一个派生类中: // Code #13

class Derived3 : Base
{
 public override void PrintStatus()
 {
  Console.WriteLine(“public override void PrintStatus() in Derived3 [originally implemented in Base]“);
 }
}
  这样,Derived2.PrintStatus 将使得编译无法完成,从而迫使其设计者要么更改方法的名字,要么换用 override 修饰。这种强制使得 Derived2 的设计者不得不重新考虑其设计的合理性。
  假如继承体系中多态性行为的期望不总是合理呢?例如 Stream 有这样一个方法:

public abstract long Seek(long offset, SeekOrigin origin);
  现在假设我有一个方法在处理输入流时需要用到 Stream.Seek:

// Code #14
public void Resume(Stream input, long offset)
{
 //
 input.Seek(offset, SeekOrigin.Begin);
 //
}
  当我们向 Resume 传递一个 NetworkStream 的实例,Resume 将会抛出一个 NotSupportedException,因为 NetworkStream 不支持 Seek。那么这是否说明 Stream 的设计有问题呢?
  设想 Resume 是一个下载工具进行断点续传的方法,然而,并不是所有的服务器都支持断点续传的,于是,你需要首先判断输入流是否支持 Seek 操作,再决定如何处理输入流:

// Code #15
public void Resume(Stream input, long offset)
{
 if (input.CanSeek)
 {
  //
  input.Seek(offset, SeekOrigin.Begin);
  //
 }
 else
 {
  //
 }
}
  如果 CanSeek 为 false,那就只好从头来过了。
  实际上,我们并不能保证任何 Stream 的派生类都能够支持某个(些)操作,我们甚至不能保证来自同一个派生类的所有实例都支持某个(些)操作。你可以设想有这样一个 PriorityStream,它能够根据当前登录账号的权限来决定是否提供写操作,这使得拥有足够权限的人才能修改数据。或许 Stream 的设计者已经预料到这类情况的发生,所以 CanRead、CanSeek 和 CanWrite 就被加入到 Stream 里了。
  值得注意的是,Code #07 的 Derived2 可能是一个很糟糕的设计,也可能是一个很实用的设计。在本文,它是一个很糟糕的设计,如果你足够细心,你会察觉到 Derived2 的设计者希望 Derived2.PrintStatus 绕过 Base.PrintStatus 而直接和 IFace.PrintStauts 进行关联,表面上这没什么不妥,但实质上 Base.PrintStatus 和 IFace.PrintStauts 在约定上是同质的,这意味着如果与 IFace.PrintStauts 进行关联就等于承认自己和 Base.PrintStatus 是同质的,这样的话,为什么不直接在 Derived2 里重写 PrintStatus 呢?在《基类与接口混合继承的声明问题》中,我示范了一个实用的设计,用 new 和接口重新实现(Interface reimplementation)来纠正非预期的多态行为。
  6. 最后...
  当我的朋友拿着问题来找我时,我通常都不会直接给出我的答案,而是尽我的能力向他提供足够多的可用信息,以便他能够根据他所面临的实际情况作出处理,毕竟,我不会比他更了解他的问题,而他也应该形成他自己的关于他的问题的思考。我希望浪子能用自己的答案回答他所提出的问题,因为只有这样,那些知识才真正属于他,并且我也相信本文已经提供了足够多的可用信息。