Java编程思想第4版[中文版](PDF格式)-第82部分

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11。1　对　RTTI　的需要　　



请考虑下面这个熟悉的类结构例子，它利用了多形性。常规类型是Shape　类，而特别衍生出来的类型是　

Circle，Square　和Triangle　。　　

　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　

这是一个典型的类结构示意图，基础类位于顶部，衍生类向下延展。面向对象编程的基本目标是用大量代码　

控制基础类型（这里是　Shape）的句柄，所以假如决定添加一个新类（比如Rhomboid　，从Shape　衍生），从　

而对程序进行扩展，那么不会影响到原来的代码。在这个例子中，Shape　接口中的动态绑定方法是draw（），　

所以客户程序员要做的是通过一个普通Shape　句柄调用draw（）。draw（）在所有衍生类里都会被覆盖。而且由　

于它是一个动态绑定方法，所以即使通过一个普通的Shape　句柄调用它，也有表现出正确的行为。这正是多　

形性的作用。　　

所以，我们一般创建一个特定的对象（Circle，Square，或者　Triangle　），把它上溯造型到一个Shape　（忽　

略对象的特殊类型），以后便在程序的剩余部分使用匿名　Shape　句柄。　　

作为对多形性和上溯造型的一个简要回顾，可以象下面这样为上述例子编码（若执行这个程序时出现困难，　

请参考第3　章3。1。2　小节“赋值”）：　　

　　

//：　Shapes。java　　

package　c11；　　

import　java。util。*；　　

　　

interface　Shape　｛　　

　　void　draw（）；　　

｝　　

　　

class　Circle　implements　Shape　｛　　

　　public　void　draw（）　｛　　

　　　　System。out。println（〃Circle。draw（）〃）；　　

　　｝　　

｝　　

　　

class　Square　implements　Shape　｛　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　333　


…………………………………………………………Page　335……………………………………………………………

　　public　void　draw（）　｛　　

　　　　System。out。println（〃Square。draw（）〃）；　　

　　｝　　

｝　　

　　

class　Triangle　implements　Shape　｛　　

　　public　void　draw（）　｛　　

　　　　System。out。println（〃Triangle。draw（）〃）；　　

　　｝　　

｝　　

　　

public　class　Shapes　｛　　

　　public　static　void　main（String＇＇　args）　｛　　

　　　　Vector　s　=　new　Vector（）；　　

　　　　s。addElement（new　Circle（））；　　

　　　　s。addElement（new　Square（））；　　

　　　　s。addElement（new　Triangle（））；　　

　　　　Enumeration　e　=　s。elements（）；　　

　　　　while（e。hasMoreElements（））　　

　　　　　　（（Shape）e。nextElement（））。draw（）；　　

　　｝　　

｝　///：~　　

　　

基础类可编码成一个　interface　（接口）、一个abstract　（抽象）类或者一个普通类。由于Shape　没有真正　

的成员（亦即有定义的成员），而且并不在意我们创建了一个纯粹的Shape　对象，所以最适合和最灵活的表　

达方式便是用一个接口。而且由于不必设置所有那些abstract　关键字，所以整个代码也显得更为清爽。　　

每个衍生类都覆盖了基础类draw　方法，所以具有不同的行为。在main（）中创建了特定类型的Shape，然后将　

其添加到一个Vector。这里正是上溯造型发生的地方，因为Vector　只容纳了对象。由于Java　中的所有东西　

　（除基本数据类型外）都是对象，所以Vector　也能容纳　Shape　对象。但在上溯造型至　Object　的过程中，任　

何特殊的信息都会丢失，其中甚至包括对象是几何形状这一事实。对Vect　or　来说，它们只是Object。　　

用nextElement（）将一个元素从　Vector　提取出来的时候，情况变得稍微有些复杂。由于　Vector　只容纳　

Object，所以　nextElement（）会自然地产生一个　Object　句柄。但我们知道它实际是个　Shape　句柄，而且希望　

将Shape　消息发给那个对象。所以需要用传统的〃（Shape）〃方式造型成一个Shape。这是RTTI　最基本的形　

式，因为在　Java　中，所有造型都会在运行期间得到检查，以确保其正确性。那正是RTTI　的意义所在：在运　

行期，对象的类型会得到鉴定。　　

在目前这种情况下，RTTI　造型只实现了一部分：Object　造型成　Shape，而不是造型成Circle，Square　或者　

Triangle　。那是由于我们目前能够肯定的唯一事实就是Vector　里充斥着几何形状，而不知它们的具体类别。　

在编译期间，我们肯定的依据是我们自己的规则；而在编译期间，却是通过造型来肯定这一点。　　

现在的局面会由多形性控制，而且会为Shape　调用适当的方法，以便判断句柄到底是提供Circle，Square，　

还是提供给　Triangle　。而且在一般情况下，必须保证采用多形性方案。因为我们希望自己的代码尽可能少知　

道一些与对象的具体类型有关的情况，只将注意力放在某一类对象（这里是Shape）的常规信息上。只有这　

样，我们的代码才更易实现、理解以及修改。所以说多形性是面向对象程序设计的一个常规目标。　　

然而，若碰到一个特殊的程序设计问题，只有在知道常规句柄的确切类型后，才能最容易地解决这个问题，　

这个时候又该怎么办呢？举个例子来说，我们有时候想让自己的用户将某一具体类型的几何形状（如三角　

形）全都变成紫色，以便突出显示它们，并快速找出这一类型的所有形状。此时便要用到RTTI　技术，用它查　

询某个　Shape　句柄引用的准确类型是什么。　　



11。1。1　Class　对象　　



为理解RTTI　在　Java　里如何工作，首先必须了解类型信息在运行期是如何表示的。这时要用到一个名为　

　“Class　对象”的特殊形式的对象，其中包含了与类有关的信息（有时也把它叫作“元类”）。事实上，我　

们要用　Class　对象创建属于某个类的全部“常规”或“普通”对象。　　

对于作为程序一部分的每个类，它们都有一个　Class　对象。换言之，每次写一个新类时，同时也会创建一个　



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Class　对象（更恰当地说，是保存在一个完全同名的。class　文件中）。在运行期，一旦我们想生成那个类的　

一个对象，用于执行程序的　Java　虚拟机（JVM）首先就会检查那个类型的Class　对象是否已经载入。若尚未　

载入，JVM　就会查找同名的。class　文件，并将其载入。所以Java　程序启动时并不是完全载入的，这一点与许　

多传统语言都不同。　　

一旦那个类型的Class　对象进入内存，就用它创建那一类型的所有对象。　　

若这种说法多少让你产生了一点儿迷惑，或者并没有真正理解它，下面这个示范程序或许能提供进一步的帮　

助：　　

　　

//：　SweetShop。java　　

//　Examination　of　the　way　the　class　loader　works　　

　　

class　Candy　｛　　

　　static　｛　　

　　　　System。out。println（〃Loading　Candy〃）；　　

　　｝　　

｝　　

　　

class　Gum　｛　　

　　static　｛　　

　　　　System。out。println（〃Loading　Gum〃）；　　

　　｝　　

｝　　

　　

class　Cookie　｛　　

　　static　｛　　

　　　　System。out。println（〃Loading　Cookie〃）；　　

　　｝　　

｝　　

　　

public　class　SweetShop　｛　　

　　public　static　void　main（String＇＇　args）　｛　　

　　　　System。out。println（〃inside　main〃）；　　

　　　　new　Candy（）；　　

　　　　System。out。println（〃After　creating　Candy〃）；　　

　　　　try　｛　　

　　　　　　Class。forName（〃Gum〃）；　　

　　　　｝　catch（ClassNotFoundException　e）　｛　　

　　　　　　e。printStackTrace（）；　　

　　　　｝　　

　　　　System。out。println（　　

　　　　　　〃After　Class。forName（”Gum”）〃）；　　

　　　　new　Cookie（）；　　

　　　　System。out。println（〃After　creating　Cookie〃）；　　

　　｝　　

｝　///：~　　

　　

对每个类来说（Candy，Gum　和Cookie），它们都有一个　static从句，用于在类首次载入时执行。相应的信　

息会打印出来，告诉我们载入是什么时候进行的。在main（）中，对象的创建代码位于打印语句之间，以便侦　

测载入时间。　　

特别有趣的一行是：　　

Class。forName（〃Gum〃）；　　

该方法是Class　（即全部Class　所从属的）的一个　static成员。而　Class　对象和其他任何对象都是类似的，　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　335　


…………………………………………………………Page　337……………………………………………………………

所以能够获取和控制它的一个句柄（装载模块就是干这件事的）。为获得　Class　的一个句柄，一个办法是使　

用forName（）。它的作用是取得包含了目标类文本名字的一个String　（注意拼写和大小写）。最后返回的是　

一个Class　句柄。　　

该程序在某个JVM　中的输出如下：　　

　　

inside　main　　

Loading　Candy　　

After　creating　Candy　　

Loading　Gum　　

After　Class。forName（〃Gum〃）　　

Loading　Cookie　　

After　creating　Cookie　　

　　

可以看到，每个Class　只有在它需要的时候才会载入，而　static　初始化工作是在类载入时执行的。　　

非常有趣的是，另一个　JVM　的输出变成了另一个样子：　　

　　

Loading　Candy　　

Loading　Cookie　　

inside　main　　

After　creating　Candy　　

Loading　Gum　　

After　Class。forName（〃Gum〃）　　

After　creating　Cookie　　

　　

看来JVM　通过检查main（）中的代码，已经预测到了对Candy　和Cookie　的需要，但却看不到Gum，因为它是通　

过对forName（）的一个调用创建的，而不是通过更典型的new　调用。尽管这个JVM　也达到了我们希望的效　

果，因为确实会在我们需要之前载入那些类，但却不能肯定这儿展示的行为百分之百正确。　　

　　

1。　类标记　　

在Java　1。1　中，可以采用第二种方式来产生Class　对象的句柄：使用“类标记”。对上述程序来说，看起来　

就象下面这样：　　

Gum。class；　　

这样做不仅更加简单，而且更安全，因为它会在编译期间得到检查。由于它取消了对方法调用的需要，所以　

执行的效率也会更高。　　

类标记不仅可以应用于普通类，也可以应用于接口、数组以及基本数据类型。除此以外，针对每种基本数据　

类型的封装器类，它还存在一个名为TYPE　的标准字段。TYPE　字段的作用是为相关的基本数据类型产生　Class　

对象的一个句柄，如下所示：　　

　　



。。。　is　equivalent　to　。。。　　



boolean。class　Boolean。TYPE　　



char。class　　　　Character。TYPE　　



byte。class　　　Byte。TYPE　　



short。class　　Short。TYPE　　



int。class　　　　　Integer。TYPE　　



long。class　　　　Long。TYPE　　



float。class　　Float。TYPE　　



double。class　Double。TYPE　　



void。class　　　Void。TYPE　　



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11。1。2　造型前的检查　　



迄今为止，我们已知的　RTTI　形式包括：　　

（1）　经典造型，如〃（Shape）〃，它用　RTTI　确保造型的正确性，并在遇到一个失败的造型后产生一个　

ClassCastException　违例。　　

（2）　代表对象类型的Class　对象。可查询Class　对象，获取有用的运行期资料。　　

　　

在C＋＋中，经典的〃（Shape）〃造型并不执行RTTI　。它只是简单地告诉编译器将对象当作新类型处理。而Java　

要执行类型检查，这通常叫作“类型安全”的下溯造型。之所以叫“下溯造型”，是由于类分层结构的历史　

排列方式造成的。若将一个Circle　（圆）造型到一个Shape　（几何形状），就叫做上溯造型，因为圆只是几　

何形状的一个子集。反之，若将Shape　造型至　Circle，就叫做下溯造型。然而，尽管我们明确知道Circle　

也是一个Shape，所以编译器能够自动上溯造型，但却不能保证一个Shape　肯定是一个　Circle。因此，编译　

器不允许自动下溯造型，除非明确指定一次这样的造型。　　

RTTI　在Java　中存在三种形式。关键字　instanceof告诉我们对象是不是一个特定类型的实例（Instance　即　

　“实例”）。它会返回一个布尔值，以便以问题的形式使用，就象下面这样：　　

if（x　instanceof　Dog）　　

（（Dog）x）。bark（）；　　

将x　造型至一个　Dog　前，上面的　if语句会检查对象x　是否从属于　Dog　类。进行造型前，如果没有其他信息可　

以告诉自己对象的类型，那么instanceof　的使用是非常重要的——否则会得到一个ClassCastException　违　

例。　　

我们最一般的做法是查找一种类型（比如要变成紫色的三角形），但下面这个程序却演示了如何用　

instanceof标记出所有对象。　　

　　

//：　PetCount。java　　

//　Using　instanceof　　

package　c11。petcount；　　

import　java。util。*；　　

　　

class　Pet　｛｝　　

class　Dog　extends　Pet　｛｝　　

class　Pug　extends　Dog　｛｝　　

class　Cat　extends　Pet　｛｝　　

class　Rodent　extends　Pet　｛｝　　

class　Gerbil　extends　Rodent　｛｝　　

class　Hamster　extends　Rodent　｛｝　　

　　

class　Counter　｛　int　i；　｝　　

　　

public　class　PetCount　｛　　

　　static　String＇＇　typenames　=　｛　　

　　　　〃Pet〃；　〃Dog〃；　〃Pug〃；　〃Cat〃；　　

　　　　〃Rodent〃；　〃Gerbil〃；　〃Hamster〃；　　

　　｝；　　

　　public　static　void　main（String＇＇　args）　｛　　

　　　　Vector　pets　=　new　Vector（）；　　

　　　　try　｛　　

　　　　　　Class＇＇　petTypes　=　｛　　

　　　　　　　　Class。forName（〃c11。petcount。Dog〃）；　　

　　　　　　　　Class。forName（〃c11。petcount。Pug〃）；　　

　　　　　　　　Class。forName（〃c11。petcount。Cat〃）；　　

　　　　　　　　Class。forName（〃c11。petcount。Rodent〃）；　　

　　　　　　　　Class。forName（〃c11。petcount。Gerbil〃）；　　

　　　　　　　　Class。forName（〃c11。petcount。Hamster〃）；　　



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　337　


…………………………………………………………Page　339……………………………………………………………

　　　　　　｝；　　

　　　　　　for（int　i　=　0；　i　《　15；　i＋＋）　　

　　　　　　　　pets。addElement（