第11章运行期类型鉴定.pdf

jenk

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2021-02-22

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第

章运行期类型鉴定

运行期类型鉴定（

RTTI

）的概念初看非常简单——手上只有基础类型的一个

句柄时，利用它判断一个对象的正确类型。

然而，对

RTTI

的需要暴露出了面向对象设计许多有趣（而且经常是令人困

惑的）的问题，并把程序的构造问题正式摆上了桌面。

本章将讨论如何利用

Java

在运行期间查找对象和类信息。这主要采取两种形

式：一种是“传统”

RTTI

，它假定我们已在编译和运行期拥有所有类型；另一

种是

Java1.1

特有的“反射”机制，利用它可在运行期独立查找类信息。首先讨

论“传统”的

RTTI

，再讨论反射问题。

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

。

516

页图

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

章

3.1.2

小节“赋值”）：

516-517

页程序

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

Vector

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

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

章

3.1.2

小节“赋值”）：

516-517

页程序

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

Vector

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

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