浅谈多态——概念描述

[Nicrosoft]

浅谈多态——概念描述 2001.9.25

作者：Nicrosoft（奈软 [e-mail]）
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东日文档：http://www.sunistudio.com/asp/sunidoc.asp

多态性，这个面向对象编程领域的核心概念，本身的内容博大精深，要以一文说清楚实在是不太可能。加之作者本人也还在不断学习中，水平有限。因此本文只能描一下多态的轮廓，使读者能够了解个大概。如果有描的不准的地方，欢迎指出，或与作者探讨（作者Email：[e-mail]）

首先，什么是多态（Polymorphisn）？按字面的意思就是“多种形状”。我手头的书上没有找到一个多态的理论性的概念的描述。暂且引用一下Charlie Calverts的对多态的描述吧——多态性是允许你将父对象设置成为和一个或更多的他的子对象相等的技术，赋值之后，父对象就可以根据当前赋值给它的子对象的特性以不同的方式运作（摘自“Delphi4 编程技术内幕”）。简单的说，就是一句话：允许将子类类型的指针赋值给父类类型的指针。多态性在Object Pascal和C++中都是通过虚函数（Virtual Function）实现的。

好，接着是“虚函数”（或者是“虚方法”）。虚函数就是允许被其子类重新定义的成员函数。而子类重新定义父类虚函数的做法，称为“覆盖”（override），或者称为“重写”。

这里有一个初学者经常混淆的概念。覆盖（override）和重载（overload）。上面说了，覆盖是指子类重新定义父类的虚函数的做法。而重载，是指允许存在多个同名函数，而这些函数的参数表不同（或许参数个数不同，或许参数类型不同，或许两者都不同）。其实，重载的概念并不属于“面向对象编程”，重载的实现是：编译器根据函数不同的参数表，对同名函数的名称做修饰，然后这些同名函数就成了不同的函数（至少对于编译器来说是这样的）。如，有两个同名函数：function func(p:integer):integer;和function func(p:string):integer;。那么编译器做过修饰后的函数名称可能是这样的：int_func、str_func。对于这两个函数的调用，在编译器间就已经确定了，是静态的（记住：是静态）。也就是说，它们的地址在编译期就绑定了（早绑定），因此，重载和多态无关！真正和多态相关的是“覆盖”。当子类重新定义了父类的虚函数后，父类指针根据赋给它的不同的子类指针，动态（记住：是动态！）的调用属于子类的该函数，这样的函数调用在编译期间是无法确定的（调用的子类的虚函数的地址无法给出）。因此，这样的函数地址是在运行期绑定的（晚邦定）。结论就是：重载只是一种语言特性，与多态无关，与面向对象也无关！

引用一句Bruce Eckel的话：“不要犯傻，如果它不是晚邦定，它就不是多态。”

那么，多态的作用是什么呢？我们知道，封装可以隐藏实现细节，使得代码模块化；继承可以扩展已存在的代码模块（类）；它们的目的都是为了——代码重用。而多态则是为了实现另一个目的——接口重用！而且现实往往是，要有效重用代码很难，而真正最具有价值的重用是接口重用，因为“接口是公司最有价值的资源。设计接口比用一堆类来实现这个接口更费时间。而且接口需要耗费更昂贵的人力的时间。”

其实，继承的为重用代码而存在的理由已经越来越薄弱，因为“组合”可以很好的取代继承的扩展现有代码的功能，而且“组合”的表现更好（至少可以防止“类爆炸”）。因此笔者个人认为，继承的存在很大程度上是作为“多态”的基础而非扩展现有代码的方式了。

什么是接口重用？我们举一个简单的例子，假设我们有一个描述飞机的基类（Object Pascal语言描述，下同）：
type
plane = class
public
procedure fly(); virtual; abstract; //起飞纯虚函数
procedure land(); virtual; abstract; //着陆纯虚函数
function modal() : string; virtual; abstract; //查寻型号纯虚函数
end;

然后，我们从plane派生出两个子类，直升机（copter）和喷气式飞机（jet）：
copter = class(plane)
private
fModal : String;
public
constructor Create();
destructor Destroy(); override;
procedure fly(); override;
procedure land(); override;
function modal() : string; override;
end;

jet = class(plane)
private
fModal : String;
public
constructor Create();
destructor Destroy(); override;
procedure fly(); override;
procedure land(); override;
function modal() : string; override;
end;

现在，我们要完成一个飞机控制系统，有一个全局的函数 plane_fly，它负责让传递给它的飞机起飞，那么，只需要这样：
procedure plane_fly(const pplane : plane);
begin
pplane.fly();
end;
就可以让所有传给它的飞机（plane的子类对象）正常起飞！不管是直升机还是喷气机，甚至是现在还不存在的，以后会增加的飞碟。因为，每个子类都已经定义了自己的起飞方式。

可以看到 plane_fly函数接受参数的是 plane类对象引用，而实际传递给它的都是 plane的子类对象，现在回想一下开头所描述的“多态”：多态性是允许你将父对象设置成为和一个或更多的他的子对象相等的技术，赋值之后，父对象就可以根据当前赋值给它的子对象的特性以不同的方式运作。

很显然，parent = child; 就是多态的实质！因为直升机“是一种”飞机，喷气机也“是一种”飞机，因此，所有对飞机的操作，都可以对它们操作，此时，飞机类就作为一种接口。

多态的本质就是将子类类型的指针赋值给父类类型的指针（在OP中是引用），只要这样的赋值发生了，多态也就产生了，因为实行了“向上映射”。

应用多态的例子非常普遍，在Delphi的VCL类库中，最典型的就是：TObject类有一个虚拟的Destroy虚构函数和一个非虚拟的Free函数。Free函数中是调用Destroy的。因此，当我们对任何对象（都是TObject的子类对象）调用 .Free();之后，都会执行 TObject.Free();，它会调用我们所使用的对象的析构函数 Destroy();。这就保证了任何类型的对象都可以正确地被析构。

多态性作为面向对象最重要的特性，本文所提不过是沧海一粟，还有很多内容。如果可能，希望会有后文继续探讨多态。

[azhong]

感谢，再多来点此类文章。

[Nicrosoft]

to all:

我希望得到的是真心的技术上的探讨，而不是“谩骂”和“诋毁”。我不是说我的文章如何如何，也不是说只能听到赞美。

但是，如果你自己付出了很多，学习了，然后想把一些心得和大家分享，却得到很多谩骂和诋毁，你作何感想？你还会继续写吗？

一篇文章不可能得到所有人的认可，不可能满足所有层次的读者。如果你觉得它不适合你，看过一笑了之即可，不必攻击作者吧？又或者你可以写出你的心得，让大家分享你的成果！

互相攻击做后得到的是什么呢？只有更加的闭塞，谁都不再愿意说出自己的想法，因为别人会笑话你，会攻击你！你们是不是觉得这样的环境和适合整体的水平的提高？

如果是的话，我无话可说！

如果不是的话，请收起不屑的表情，诋毁的口吻，欢迎真心的探讨。


另外，to babysloth(小懒虫虫)：
我没那么贱！我写文章绝对不是讨骂的（谁写文章的是讨骂的，可以在文中注明“欢迎谩骂和诋毁”）。我觉得一方面写文章可以和大家共享自己的心得，一方面可以理顺自己的思路，还可以通过探讨弥补一些漏洞。

[ma_horse]

to all
各位仁兄，小弟首先自我检讨，其实我很对不起Nicrosoft。我只是觉得大家的赞美太多了，也不是一种好事，有批评的接收才是最重要的。因此我才写了一句很过分的话（当时是觉得好玩，过后发现确实是太过分了，因为这篇文章我还没有真正的完全看完，所以我无权发表意见，纯粹是好玩，），向各位仁兄道歉，希望由于我带来的bug（bug－指误会和副作用，以及给作者和各位同胞带来的不爽）能够及时修补。我比较赞同大家有何想法能够说出个所以然来，以便共同讨论提高，千万不要像我这个垃圾一样随便乱说。

[sonicsky]

I've seen it.

[joki]

ma_horse(黑马):你的意思是:"...别生气...我用的是心理学上的洪水猛兽法...在你有所期待时，狠狠地泼你冷水...你才能步步为营，攻城略地.."(摘自第一次亲密的接触)是吧,呵呵:-)

[IAmKylix]

一篇菜鸟级文章，引来菜鸟喧嚣无数，不正常！

如果真是如此，那么我想知道中国的程序员都哪里去了，这里根本就没有程序员！

[Only_I]

耻辱！
说别人烂，就能证明你自己强？
有能耐就露两手给大家看看，
你有吗？
真TMD...

[hedong]

大家其实应该看看Java,c中怎么实现的。

[tikkypeng]

唉～～～～～～生活就是折腾～～～～～～～～～～～

[chiefen]

我认为覆盖只有在讲到类的继承的时候才遇到：
如
class father
{
int eat(float);
...

};
class son:public father
{
int eat(float);
}
此即为覆盖。
如果在函数定义前加了virtual,就构成了虚函数，
要想达到多态，必须在子类中重定义父类函数---即覆盖。
还没查书，不知对不对？

[babysloth]

呵呵，很有胆子写文章出来，居然又怕别人骂？
而且更有意思的是，怕别人骂，就干脆先骂别人“贱”？
Nicrosoft，我认为敢写东西出来，就应该做好被人骂的准备，如果连这点心胸都没有，还能如何？
鲁迅写文章骂人看来也是讨骂的，很荣幸我还能和这位前辈一样“贱”。
谢谢您对我“贱”这个夸奖。

[Nicrosoft]

to babysloth(小懒虫虫)：

呵呵，你认为鲁迅的文章和你的文章有共同点吗？

[hydland]

up

[flysky66]

希望看到个位高手更多技术上的讨论，而不是其它

[grey_whp]

继续关注！！

[qkl]

to chiefen(于微笑中荡漾着不屈不挠的风骨)，你还必须加入 virtual 关键字来修饰你的 eat 函数，否则编译将生成静态方法，也就是 VFT 中不存在 eat 的入口。她的结果是（对不起，C++ 生疏了，只好用 obj pas）：
type
Tfather = class
procedure eat; {virtual} // 没有加 virtual
end;
Tfather = class
procedure eat; // 这里当然也不能加 override 否则编译出错
end;
...
var obj: father;
...
obj := son.create;
obj.eat; { --> 此处其实调用的是 father.eat; 方法 和你想的一样吗？}
...
obj.Free;
这就是因为 eat 是一个静态的方法，被编译器用“硬码”指定了入口，不是在 VFT 中调用，所以她体现不出多态性（她只有一种函数版本）。

这里我发现了一个现象：不管 borland 的帮助这样说 inherited ，她产生的指令其实是编译器根据方法性质决定的：静态方法产生硬码；虚方法产生调用 VMT (= VFT) 中的入口指令；动态方法产生调用一个特殊的例程在 DMT 中寻找入口指令。

[ripper]

唉，讨论的好好的怎么就吵起来了呢。

[滚滚红尘中之沧海一粟]

我认为大家应当专注于技术上的讨论,而非其它方面.

[byrybye]

我认为，这里知识讨论问题，
大家只做技术上的交流，
也许，这篇文章不 适合，
高手看，但对我着样的菜鸟
却很有帮助，我觉得，
你既然自认是高手，就证明给别人看，
高手不是靠贬低别人，而让自己成为高手的，
也许，确实有高手认为这篇文章有
不恰当的 地方，那可以指出来，
然后大家讨论，
何必，吵来吵去呢，

[largewang]

多态和重载我都经常用,其实我已经忘了什么是多态了!