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三談多態——善用virtual

編輯：Delphi

　　多態性，是一種能給程序帶來靈活性的東西。看過《設計模式》的程序員應該都知道，相當多的模式（幾乎所有）都是依靠多態來實現的，以此給程序提供可擴展、可重用性。在《再談多態——向上映射及VMT／DMT》一文中，提到了多態性是依賴於虛函數／虛方法（即動態綁定）來實現的，也介紹了虛函數／虛方法（virtual）的實現方法。那麼本文就來談一下，如何使用virtual、善用virtual來獲取多態性給我們帶來的靈活性。
　　
　　實例是最好的教材，因此本文還是假設一個需求，寫一個實例來講解。不過，我想沒有必要給出所有源碼，因此在本文中有些實現的代碼會粗略帶過。另外，本文所有代碼均為Object Pascal語言編寫，實現環境為Delphi。
　　
　　另外，由於“方法（Method）”一詞已經成為Object Pascal的術語，因此，以下稱成員函數都為“方法”。也許C++程序員會不太適應這樣的稱呼（呵呵，我自己也不太適應），見諒吧。
　　
　　假設我們要編寫一個純文本內的編輯器，也就是記事本（呵呵，別嫌例子老套，記事本程序在相當多方面都是很好的教材），編輯控件我們一般會用TMemo或TRichEdit，但是它們的功能都不甚強大，也許我們目前沒有，但日後會找到一個更好的第三方文本編輯控件（比如，支持語法著色的）。因此，我們必須為未來的改進留下方便之門，否則到時候再重寫全部程序真是太傻了。
　　
　　界面層（菜單響應、狀態顯示等）對文本編輯器控件的控制的代碼對於所有編輯器來說都是類似的，應該可以被重用。那麼就必須將界面層的代碼與編輯器控件的控制代碼隔離開來。
　　
　　如何隔離？我們可以為所有的編輯器控件指定一個公共的接口（抽象類），界面層只看得到這個接口，只使用接口提供的功能，那麼，我們更換任何編輯器控件時，都不必更改界面層的代碼了。
　　
　　首先，抽象出編輯器的基本操作，如：Load（打開文本）、Save（保存到文件）、Copy（復制到剪貼板）等等，將這些操作作為public方法。其次，考慮這些操作中有哪些會涉及到具體相關控件的，對於這些操作，你有兩種選擇：1、如果完全依賴控件本身的，可以選擇將其定義為虛方法或抽象虛方法（即C++中的純虛函數）；2、如果只是有部分代碼依賴控件本身的，將這部分操作抽象到一個protected的抽象虛方法中，而將相同的部分代碼寫在基類中，並由基類的方法中調用protected的抽象虛方法。
　　
　　如果還沒有完全明白，請看代碼：
　　
　　    TEditor = class // 抽象基類
　　private
　　    m_FileName : String;
　　protected
　　    function DoLoad(FileName : String) : Boolean; virtual; abstract;
　　    public
　　        function Load(FileName : String) : Boolean;
　　        function Save() : Boolean;
　　        function SaveAs(FileName : String) : Boolean; virtual; abstract;
　　    // ... 其他需要的操作，由需求而定
　　    end;
　　
　　好，我們來詳細說明一下TEditor為什麼是這個樣子的。其有一個私有成員，保存編輯器所對應的文件名。然後看public部分，它至少提供了三個操作：Load——從某文件中讀取文本到編輯器；Save——將文本保存到文件，文件名為m_FileName所保存的；SaveAs——以指定的一個文件名保存文本。

　　三個操作中，SaveAs為抽象虛方法，因為它的實際動作與每個編輯控件相關，而基類本身並不知道該如何保存文件。

　　Save和Load都是非虛方法，其中Save的任務很簡單，就是將文本以m_FileName所保存的文件名保存，其實現可以是調用抽象的SaveAs，只需要將文件名傳給SaveAs即可。基類完全可以確定如何完成Save（因為它可以保證派生類實現了SaveAs），因此其為非虛方法。

　　而Load呢？Load操作的步驟是：1、將文本從文件中讀取到編輯器控件中；2、將m_FileName的值設置為所讀取的文件名。其中第一個步驟與具體編輯器控件相關，應該是由派生類去實現它，第二個步驟派生類無法實現，因為派生類看不到私有的m_FileName成員。但即使把m_FileName移到protected節中，以使派生類可以訪問它，也並非好辦法，因為這樣的話，在實現每個派生類時，都要記住設置m_FileName的值，這不僅造成代碼重復（每個派生類都要這樣做），而且這不應該是派生類的義務。因為m_FileName應該是基類的內部實現，對外不可見。因此，第二個步驟應該由基類來完成。如何達成這個目的呢？

　　我們可以注意到，protected節中有一個DoLoad方法，它就被用來完成第一個步驟——每個編輯器控件去將文本讀入編輯器。然後，DoLoad由Load方法中被選擇在適當的時機調用。
　　
　　基類的實現如下：

　　    function TEditor.Load(FileName : String) : Boolean;
　　begin
　　    Result := DoLoad(FileName);
　　    if Result then
　　        m_FileName := FileName;
　　    end;
　　
　　    function TEditor.Save() : Boolean;
　　begin
　　    SaveAs(m_FileName); // 調用抽象的 SaveAs
　　    end;
　　
　　接著，我們使用TMemo來實現一個編輯器類：
　　
　　TMemoEditor = class(TEditor)
　　private
　　    m_Editor : TMemo;
　　protected
　　    function DoLoad(FileName : String) : Boolean; override;
　　    public
　　    constructor Create();
　　    destrcutor Destroy(); override;
　　
　　    function SaveAs(FileName : String) : Boolean; override;
　　    // ...其它需要的操作
　　end;
　　
　　在該派生類中，有一個私有成員，即TMemo控件的實例。然後覆蓋（override）了基類的兩個抽象虛方法：DoLoad和Save。
　　
　　其實現如下：
　　function TMemoEditor.Create();
　　begin
　　    // 創建TMemo實例
　　        m_Editor := TMemo.Create(nil);
　　
　　        // 接著完成將TMemo實例置於界面上顯示出來等操作，省略
　　    end;
　　
　　function TMemoEditor.Destroy();
　　begin
　　    // 其他清理工作
　　
　　    m_Editor.Free();
　　    m_Editor := nil;
　　end;
　　
　　function TMemoEditor.DoLoad(FileName : String) : Boolean;
　　begin
　　        Result := false;
　　        try
　　    　　    m_Editor.LoadFromFile(FileName);
　　　      except end;
　　    Result := true;
　　end;
　　
　　function TMemoEditor.SaveAs(FileName : String) : Boolean;
　　begin
　　    Result := false;
　　    try
　　        m_Editor.SaveToFile(FileName);
　　    except end;
　　    Result := true;
　　    end;
　　
　　很好，這樣的實現已經可以使個部分運作正常了。如果，今後找到更好的編輯器控件，只需要從TEditor派生，再實現一個TXXXEditor類即可，其他部分的代碼不用作任何改動。而且，具體實現的TXXXEditor類中的代碼，只和具體控件本身特性相關（如：讀取、保存文件的方法），而公共邏輯也已經在TEditor類中實現了。
　　
　　virtual的使用方法，基於筆者個人認識與經驗：
　　
　　1、如果基類不知道如何實現某方法（只有派生類知道），而基類的其他方法又必須使用該方法，則把該方法聲明為抽象虛方法—— virtual; abstract;（即C++的純虛函數）。
　　
　　2、如果基類能夠為某方法提供一種默認實現，但派生類可能完全重寫這個實現，則將該方法聲明為虛方法—— virtual;並實現默認算法。