访问者模式讨论篇:java的动态绑定与双分派

java的动态绑定

所谓的动态绑定就是指程执行期间(而不是在编译期间)判断所引用对象的实际类型,根据其实际的类型调用其相应的方法。java继承体系中的覆盖就是动态绑定的,看一下如下的代码:

class Father {
	public void method(){
		System.out.println("This is Father's method");
	}
}

class Son1 extends Father{
	public void method(){
		System.out.println("This is Son1's method");
	}
}

class Son2 extends Father{
	public void method(){
		System.out.println("This is Son2's method");
	}
}

public class Test {
	public static void main(String[] args){
		Father s1 = new Son1();
		s1.method();

		Father s2 = new Son2();
		s2.method();
	}
}

运行结果如下:

This is Son1′s method
This is Son2′s method

通过运行结果可以看到,尽管我们引用的类型是Father类型的,但是运行时却是调用的它实际类型(也就是Son1和Son2)的方法,这就是动态绑定。在java语言中,继承中的覆盖就是是动态绑定的,当我们用父类引用实例化子类时,会根据引用的实际类型调用相应的方法。

java的静态绑定

相对于动态绑定,静态绑定就是指在编译期就已经确定执行哪一个方法。在java中,方法的重载(方法名相同而参数不同)就是静态绑定的,重载时,执行哪一个方法在编译期就已经确定下来了。看一下代码:

class Father {}
class Son1 extends Father{}
class Son2 extends Father{}

class Execute {
	public void method(Father father){
		System.out.println("This is Father's method");
	}

	public void method(Son1 son){
		System.out.println("This is Son1's method");
	}

	public void method(Son2 son){
		System.out.println("This is Son2's method");
	}
}

public class Test {
	public static void main(String[] args){
		Father father = new Father();
		Father s1 = new Son1();
		Father s2 = new Son2();

		Execute exe = new Execute();
		exe.method(father);
		exe.method(s1);
		exe.method(s2);
	}
}

运行结果如下:

This is Father’s method
This is Father’s method
This is Father’s method

在这里,程序在编译的时候就已经确定使用method(Father father)方法了,不管我们在运行的时候传入的实际类型是什么,它永远都只会执行method(Father father)这个方法。也就是说,java的重载是静态绑定的。

instanceof操作符与转型

有时候,我们希望在使用重载的时候,程序能够根据传入参数的实际类型动态地调用相应的方法,也就是说,我们希望java的重载是动态的,而不是静态的。但是由于java的重载不是动态绑定,我们只能通过程序来人为的判断,我们一般会使用instanceof操作符来进行类型的判断。我们要对method(Father father)进行修改,在方法体中判断运行期间的实际类型,修改后的method(Father father)方法如下:

public void method(Father father){
	if(father instanceof Son1){
		method((Son1)father);
	}else if(father instanceof Son2){
		method((Son2)father);
	}else if(father instanceof Father){
		System.out.println("This is Father's method");
	}
}

请注意,我们必须把判断是否是父类的条件(也就是判断是否为Father类的条件)放到最后,否则将一律会被判断为Father类,达不到我们动态判断的目的。修改代码后,程序就可以动态地根据参数的实际类型来调用相应的方法了。运行结果如下:

This is Father’s method
This is Son1′s method
This is Son2′s method

但是这种实现方式有一个明显的缺点,它是伪动态的,仍然需要我们来通过程序来判断类型。假如Father有100个子类的话,还是这样来实现显然是不合适的。必须通过其他更好的方式实现才行,我们可以使用双分派方式来实现动态绑定。

用双分派实现动态绑定

首先,什么是双分派?还记得23种设计模式(9):访问者模式中一开始举的例子吗?

类A中的方法method1和method2的区别就是,method2是双分派。我们可以看一下java双分派的特点:首先要有一个访问类B,类B提供一个showA(A a) 方法,在方法中,调用类A的method1方法,然后类A的method2方法中调用类B的showA方法并将自己作为参数传给showA。双分派的核心就是这个this对象。说到这里,我们已经明白双分派是怎么回事了,但是它有什么效果呢?就是可以实现方法的动态绑定,我们可以对上面的程序进行修改,代码如下:

class Father {
	public void accept(Execute exe){
		exe.method(this);
	}
}
class Son1 extends Father{
	public void accept(Execute exe){
		exe.method(this);
	}
}
class Son2 extends Father{
	public void accept(Execute exe){
		exe.method(this);
	}
}

class Execute {
	public void method(Father father){
		System.out.println("This is Father's method");
	}

	public void method(Son1 son){
		System.out.println("This is Son1's method");
	}

	public void method(Son2 son){
		System.out.println("This is Son2's method");
	}
}

public class Test {
	public static void main(String[] args){
		Father father = new Father();
		Father s1 = new Son1();
		Father s2 = new Son2();

		Execute exe = new Execute();
		father.accept(exe);
		s1.accept(exe);
		s2.accept(exe);
	}
}

可以看到我们修改的地方,在Father,Son1,Son2中分别加入一个双分派的方法。调用的时候,原本是调用Execute的method方法,现在改为调用Father的accept方法。运行结果如下:

This is Father’s method
This is Son1′s method
This is Son2′s method

运行结果符合我们的预期,实现了动态绑定。双分派实现动态绑定的本质,就是在重载方法委派的前面加上了继承体系中覆盖的环节,由于覆盖是动态的,所以重载就是动态的了,与使用instanceof操作符的效果是一样的(用instanceof操作符可以实现重载方法动态绑定的原因也是因为instanceof操作符是动态的)。但是与使用instanceof操作符实现动态绑定相比,双分派方式的可扩展性要好的多。



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