The Programming Language Idioms
Click below to go directly to a specific section:
重載與重寫 | 靜態構造函數 | 只讀代理 | 同步代理 | 資源管理 | 構造函數中的虛函數
?強制針對接口編程 | 抗變與協變 | friend interface | ctor vs. setter | 雜項
問題
日常討論中，術語的不統一帶來些許混亂
慣用的表達
|
overload
|
重載
|
函數名稱相同，參數不同（嚴格的定義還有其它一些限制）
|
靜態決議
|
|
override
|
重寫（覆寫，覆蓋，改寫）
|
子類重新定義父類定義過的虛函數（個別語言允許返回值，訪問級別可以不同）
|
動態決議
|
示例
|
???? class Base {
???? }
???? class Derived:Base {
???? }
???? class Client {
???????? void Test(Base obj){
????????????? Console.WriteLine("base");
???????? }
???????? void Test(Derived obj){
????????????? Console.WriteLine("derived");
???????? }
???????? staticvoid Main(string[] args) {
????????????? Base obj = new Derived();
????????????? new Client().Test(obj);??? //輸出“base”
???????? }
???? }
|
?
靜態構造函數
問題
1，在工具類中，通常有一些初始化需要在任何靜態方法被調用前進行，如配置信息的讀取
2，普通類中的復雜的靜態信息，需要在任何實例方法被調用前初始化
我見過的解決方法
|
1，在每個靜態方法中都調用必需的初始化步驟
???? publicclass SomeUtilClass {
???????? private SomeUtilClass(){
???????? }
???????? privatestaticvoid Init(){
????????????? //....
???????? }
???????? publicstaticstring GetUID(){
????????????? Init();
????????????? return uid;
???????? }
????????? publicstaticstring GetConnectionString(){
????????????? Init();
????????????? return connString;
???????? }
???? }
|
2，在普通構造函數中初始化
???? publicclass SomeMapperClass{
???????? privatestatic Hashtable types;
???????? public SomeMapperClass(){
????????????? if(types == null){
?????????????????? types = new Hashtable();
?????????????????? types.Add("RED", Color.Red);
?????????????????? types.Add("GREEN", Color.Green);
?????????????????? types.Add("BLUE", Color.Blue);
????????????? }
???????? }
???????? public Color GetColor(string color){
????????????? return (Color)types[color];
???????? }
???? }
?
|
我推薦的解決方法
使用靜態構造函數（C#），或靜態初始化塊（Java）
|
[C#]
???? publicclass SomeClass {
???????? static SomeClass(){
????????????? Init();
????????????? types = new Hashtable();
????????????? types.Add(...);
????????????? types.Add(...);
???????? }
???? }
|
[Java]
???? publicclass SomeClass {
???????? static{
????????????? Init();
????????????? types = new HashMap();
????????????? types.put("", "");
????????????? types.put("", "");
???????? }
???? }
|
效果
1，Once，only once
2，定義中對異常處理等有要求，可參考規范
2，多線程時是否有問題，我不清楚，討論一下
只讀代理
問題
對象內部有一個集合，由這個對象來控制其元素的增加刪除，但客戶需要訪問該集合取得自己想要的信息，而對象不可能為所有的客戶都提供對應的方法，因此需要返回內部的這個集合，但不允許客戶增加或刪除其元素
我見過的解決方法
|
直接返回代表集合的成員引用，僅在文檔中要求客戶不能增刪集合中的元素
???? publicclass SomeClass {
???????? private List attrs;
???????? public List GetAttributes(){
????????????? return attrs;
???????? }
???? }
|
我推薦的解決方法
1，首選語言提供的功能
2，次選類庫提供的功能
3，自己包裝代理類，或返回深度拷貝，或使用AOP
|
[C++]
class
config
{
public
:
???? const list & get_attributes(){
???????? return attrs;
???? }
private
:
???? list attrs;
};
|
[C#]
???? publicclass SomeClass {
???????? private IList attrs;
???????? public IList GetAttributes(){
????????????? return ArrayList.ReadOnly(attrs);
???????? }
???? }
|
[Java]
???? publicclass SomeClass {
???????? private List attrs;
???????? public List getAttributes(){
????????????? return Collections.unmodifiableList(attrs);
???????? }
???? }
|
效果
1，
語言提供的功能可幫助在編譯期進行檢查，確保程序中連試圖增刪元素的代碼都不存在；但對有意無意的const轉型無能為力
2，類庫
提供的功能可幫助在運行期進行檢查，確保程序中試圖增刪元素的操作都拋出異常
同步代理
問題
為了對象的線程安全引入了同步機制，卻使對象在單線程環境下付出了不必要的性能上的代價，曾經的例子如寫時拷貝COW
我見過的解決方法
就是視而不見，不做任何處理，使用同步原語
|
[C#]
???? publicclass SomeClass {
???????? [MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]
???????? publicvoid Add(string name){
????????????? attrs.Add(name);
???????? }
???? }
|
[Java]
???? publicclass SomeClass {
???????? publicsynchronizedvoid Add(string name){
????????????? attrs.add(name);
???????? }
???? }
?
|
我推薦的解決方法
參考類庫的實現，提供沒有同步的原始類，及有同步的代理類；早期的JDK中Vector及HashTable都是同步的類，新的ArrayList及 HashMap都不是同步的，Collections提供了靜態方法返回同步代理；當在多線程環境中需要更改集合時，使用代理類
|
[C#，多線程環境中使用同步代理的客戶類代碼]
???? publicclass SomeClass {
???????? public SomeClass(IList source){
????????????? attrs = ArrayList.Synchronized(source);
???????? }
???????? publicvoid Add(string name){
????????????? attrs.Add(name);
???????? }
???????? publicvoid Remove(string name){
????????????? attrs.Remove(name);
???????? }
???? }
[C#，單線程環境中使用同步代理的客戶類代碼]
???? publicclass OtherClass{
???????? public OtherClass(IList source){
????????????? attrs = source;
???????? }
???????? publicvoid Add(string name){
????????????? attrs.Add(name);
???????? }
???????? publicvoid Remove(string name){
????????????? attrs.Remove(name);
???????? }
???? }
|
[Java，多線程環境中使用同步代理的客戶類代碼]
???? publicclass SomeClass {
???????? public SomeClass (List source){
????????????? attrs = Collections.synchronizedList(source);
???????? }
???????? publicvoid add(string name){
????????????? attrs.add(name);
???????? }
???? }
[Java，單線程環境中使用同步代理的客戶類代碼]
???? publicclass OtherClass{
???????? public OtherClass(List source){
????????????? attrs = source;
???????? }
???????? publicvoid add(string name){
????????????? attrs.add(name);
???????? }
???? }
|
效果
不必為不需要的功能付出額外的代價
問題
有時需要精確的控制資源分配和釋放的時機，保證資源的異常安全，避免資源泄漏，導致死鎖，文件丟失，數據庫連接過多等
我見過的解決方法
在缺乏真正的局部對象和析構函數的語言中，try/catch/finally充斥在代碼中
使用中間件可幫助解決部分資源管理，如數據庫連接等
可能會出現基于AOP的資源管理框架
我推薦的解決方法
在C++中，自動化的資源管理是與生俱來的，即B.S.提出的“資源管理即初始化”(RAII)
在C#中，可使用using+IDispose取得近似RAII的效果
在Java中，我不知道，討論一下
|
[C++，RAII，僅僅示例，操作文件應首選std::fstream等]
class
File
{
public
:
???? explicit File(string path){
???????? pf = fopen(path.c_str(), "rwb");
???? }
???? ~File(){
???????? fclose(pf);
???? }
???? operator FILE* (){
???????? return pf;
???? }
private
:
???? FILE* pf;
};
[C++，RAII的客戶代碼，僅僅示例，操作文件應首選std::fstream等]
void test
()
{
???? File file("auto.txt");
???? char buf[256];
???? fread(buf, 0, 256, file);//
即使這個操作會拋出異常，文件依然會被關閉
}
|
[C#，僅僅示例]
???? publicclass File:IDisposable {
???????? private FileStream fs;
???????? public File(string path){
????????????? fs = new FileStream(path, FileMode.Create);
???????? }
???????? publicstaticimplicitoperator FileStream(File file) {
????????????? return file.fs;
???????? }
???????? publicvoid Dispose() {
????????????? fs.Close();
???????? }
???? }
[C#，僅僅示例]
???? publicclass Test{
???????? void test(){
????????????? using(File file = new File("auto.txt")){
?????????????????? //some read, write, etc.
????????????? }
????????????? //
文件已經被關閉，即使某步操作拋出異常
???????? }
???? }
|
效果
1，資源管理自動化，不局限于內存
2，C++中使用模板，可統一定義大部分資源的包裝類，目前的C#只能為每種資源定義單獨的類，或者使用AOP
語言特性
|
[C++]
虛函數與對象狀態有關，與訪問權限（public/protected/private）無關
只要子類對象構造出來了，就可以調用重寫的方法，不管訪問權限
|
[Java, C#]
虛函數與對象狀態無關，與訪問權限（public/protected/private/default/internal）有關
只要訪問權限允許，就可以調用重寫的方法，不管子類對象構造出來沒有
|
后果
|
[C++]
在基類構造函數/析構函數里調用的方法永遠都是基類的實現，不會調到子類；在其它方法里面虛函數永遠都是調到子類的覆寫實現，不管是不是private
|
[Java, C#]
在基類構造函數里調用方法，只要子類覆寫了該方法，就會調到子類的實現
|
解決方法
慎重的在構造函數中調用虛函數，尤其是在Java和C#中，至少應該在注釋中說明理由
問題
盡管“針對接口編程”做為一條原則已經廣為流傳，但實際應用中仍然隨處可見HashMap，Vector等做為接口參數、返回值傳來傳去
我見過的解決方法
使用Factory Method返回接口，并最小化具體類構造函數的訪問權限，或類本身的訪問權限
我推薦的解決方法
Factory Method依然值得推薦，另外可以利用語言本身的特性來避免多寫一個Factory Method
在C++中，override一個虛函數時可以任意改變它的訪問權限，包括將它由public變為private；有人說這樣會破壞封裝，但只要語義正確，有意為之，也沒什么問題
在C#中，可使用“顯式接口成員實現”
在Java中，我不知道，討論一下，或者用Spring吧
|
[C++]
class
ISomeInterface
{
public
:
???? virtualvoid SomeMethod() = 0;
};
?
class
SomeClass : public ISomeInterface
{
private
:
???? void SomeMethod(){
???????? std::cout << "Subclass\n";
???? }
};
?
int
main(int argc, _TCHAR* argv[])
{
???? SomeClass obj;
???? obj.SomeMethod();??? //Error
???? ISomeInterface& iobj = obj;
???? iobj.SomeMethod();?? //Ok
???? return 0;
}
|
[C#]
???? publicinterface ISomeInterface {
???????? void SomeMethod();
???? }
???? publicclass SomeClass:ISomeInterface {
???????? //1
，不要寫訪問修飾符；2，使用方法全名
???????? void ISomeInterface.SomeMethod(){
????????????? System.Console.WriteLine("Subclass");
???????? }
}
???? publicclass Test{
???????? void test(){
????????????? SomeClass obj = new SomeClass();
????????????? obj.SomeMethod();??? //Error;
????????????? ISomeInterface iobj = obj;
????????????? iobj.SomeMethod();?? //Ok
???????? }
???? }
|
效果
1，少寫一個Factory Method
2，不需要控制構造函數的訪問權限
問題
在override 虛函數時，子類有時想要返回或處理與父類函數參數和返回值略微不同的類型，比如假設“動物類”有一個“伴侶”的虛函數，其返回值類型為“動物類”，但子類 “兔子”override“伴侶”時，需要把返回值改為“兔子”；假設“鳥類”有一個“進食”的虛函數，其參數類型為“谷類”，但子類“食鐵鳥” override“進食”時，需要把參數改為“堿性食物”；這時，除了使用泛型可以解決外，就需要用到抗變與協變
定義
抗變：向父類的方向變化
協變：向子類的方向變化
語言支持
返回值抗變與參數協變會帶來明顯的類型安全問題，因此，常用的基本是返回值協變與參數抗變；對抗變與協變支持的最全面的是Eiffel，它同時提供了受束泛型來解決返回值抗變與參數協變帶來的類型安全問題
|
[C++]
只支持返回值協變
class
Animal{
public
:
???? virtual Animal const& Spouse() = 0;
};
class
Rabbit : public Animal{
public
:
???? Rabbit const& Spouse(){
???????? return Rabbit(); //return local reference, don't follow me.
???? }
};
|
[C#]
不支持
[Java]
1.5之前不支持，1.5有限度的支持返回值協變；
另外迫于checked exception的蹩腳實現，Java支持異常聲明的協變
?
|
?
問題
C#和Java取消了friend關鍵字，增加了“assembly/package”訪問權限；然而，出于代碼樹合理組織的需要，整個project常常根據功能模塊被分解成一些小 project，而一些較大的功能模塊，通常包含幾個相互協作的project，導致了不同的assembly或package；有一些操作，這些相互協作的assemly或package需要能夠訪問，而不允許其它的assembly或package訪問，如各種setter；但現在的 assembly/package訪問權限無法做到這一點，如果使用public，則所有客戶代碼均可訪問，喪失了安全性
解決方案
根據接口細分的原則，增加一個friend interface，將部分操作轉移到friend interface中，對內聚的幾個project/assembly/package，使用friend interface作為接口參數或返回值，對其它的project/assembly/package則使用安全的接口
|
1), 安全接口，供所有客戶使用
public interface
ActivityInstanceSafeInterface {
??? /**
???? *
獲取分配時間
???? */
??? Date getAssignTime();?
??? /**
???? *
獲取提交時間
???? */
??? Date getCommitTime();?
??? /**
???? *
獲取激活時間
???? */
??? Date getActivatedTime();???
??? /**
???? *
獲取最后一次更新時間
???? */
??? Date getUpdateTime();???
}
|
|
2），friend interface，供朋友使用（注意，繼承了安全接口）
public interface
ActivityInstanceFriendInterface
extends
ActivityInstanceSafeInterface {
??? /**
???? *
設置激活時間
???? */
??? void setActivatedTime(Date date);???
??? /**
???? *
設置提交時間
???? */
??? void setCommitTime(Date date);???
??? /**
???? *
設置分配時間
???? */?? ?
??? void setAssignTime(Date date);???
??? /**
???? *
設置最后一次更新時間
???? */
??? void setUpdateTime(Date date);?
??? /**
???? *
清除收到的
token
???? */
??? void clearTokens();
??? boolean canStart();
??? boolean canFinish();
}
|
|
3），實現類，實現所有接口
public class
ActivityInstance
implements
ActivityInstanceFriendInterface {
//……
}
|
?
二者之間的使用場景基本已有定論，這里概述一下
|
01#
|
決定對象的有效性（或合法性）的資源（即任何業務邏輯方法第一次調用前必須初始化的屬性），應該使用ctor獲取
|
|
02#
|
對象生命期內不變的屬性，應該使用ctor獲取
|
|
03#
|
實際應用中，推薦盡量使用上述兩條規則，除非方便性比正確性重要的場合
|
?
問題
在代碼中發現了一些書籍中曾經提到的小問題，列在這里，提醒一下
條款
|
01#
|
請私有化singleton類的構造函數
|
|
02#
|
如果不用子類化代替flag，至少使用enum代替接口常量來表示flag
|
|
03#
|
訪問控制（public，private等）是針對類型的，不是針對對象的，同一種類型的對象可以任意訪問彼此的私有成員
|
?
?
【推薦參考資料】
1.C#標準：ECMA-334 : C# Language Specification
2.Java標準：The Java? Language Specification Second Edition
3.C++標準：ISO/IEC 14882:2003 Programming Languages - C++
4.The C# Programming Language
5.The Java Programming Language
6.The C++ Programming Language