Кен Арнольд Джеймс Гослинг

Вид материала

Документы

Содержание 3.7. Абстрактные классы и методы 3.8. Дублирование объектов

Подобный материал:

• Джеймс трефил, 41001.36kb.
• Джеймс А. Дискретная математика и комбинаторика [Текст] / Джеймс А. Андерсон, 42.79kb.
• Человеческая способность эти ценности производить и использовать; является важнейшей, 110.76kb.
• Джеймс блиш города в полете 1-4 триумф времени вернись домой, землянин жизнь ради звезд, 10495.38kb.
• Джеймс Н. Фрей. Как написать гениальный роман, 2872.12kb.
• Дп «авто интернешнл» Київ, вул. Урицького, 1а Тел. (044) 20-60-333 Факс. (044) 20-60-343, 82.44kb.
• Тема Кол-во страниц, 26.85kb.
• Тема Кол-во страниц, 56.3kb.
• Тема Кол-во страниц, 20.7kb.
• Арнольд И. В. Стилистика современного английского языка, 20.42kb.

3.7. Абстрактные классы и методы

Абстрактные классы представляют собой исключительно полезную концепцию объектно-ориентированного программирования. С их помощью можно объявлять классы, реализованные лишь частично, поручив полную реализацию расширенным классам.

Абстракция оказывается полезной, когда некоторое поведение характерно для большинства или всех объектов данного класса, но некоторые аспекты имеют смысл лишь для ограниченного круга объектов, не составляющих суперкласса. В Java такие классы объявляются с ключевым словом abstract, и каждый метод, не реализованный в классе, также объявляется abstract. (Если все, что вам требуется, — это определить набор методов, которые будут где-то поддерживаться, но не предоставлять для них реализации, то вместо абстрактных классов, видимо, лучше воспользоваться интерфейсами, описанными в главе 4.)

Допустим, вы хотите создать инфраструктуру для написания кода, который будет во время выполнения программы измерять определенные показатели. Реализация такого класса может учитывать, как происходит измерение, но вы не знаете заранее, какой именно показатель будет измеряться. Большинство абстрактных классов следует именно этому принципу: для конкретной работы, выполняемой классом, необходимо, чтобы кто-то предоставил недостающую часть. В нашем примере таким недостающим звеном становится фрагмент программы, выполняющий измерения. Вот как может выглядеть соответствующий класс:

abstract class Benchmark {

abstract void benchmark();


public long repeat(int count) {

long start = System.currentTimeMillis();

for (int i = 0; i < count; i++)

benchmark();

return (System.currentTimeMillis() — start);

}

}


Класс объявлен с ключевым словом abstract, потому что так объявляется любой класс, содержащий абстрактные методы. Подобная избыточность позволяет во время чтения программы быстро понять, является ли данный класс абстрактным, и обойтись без просмотра всех методов и поиска среди них абстрактных.

Метод repeat предоставляет общую схему для проведения измерений. Он знает, как ему вызвать процедуру измерения count раз через равные интервалы времени. Если хронометраж должен быть более сложным (например, необходимо измерить время каждого запуска и вычислить статистику отклонения от среднего значения), метод можно усовершенствовать, что никак не отразится на реализации процедуры измерений в расширенном классе.

Абстрактный метод benchmark должен быть реализован в каждом подклассе, который не является абстрактным. Именно по этой причине в классе отсутствует реализация, есть лишь объявление. Приведем пример простейшего расширения класса Benchmark:

class MethodBenchmark extends Benchark {

void benchmark() {

}


public static void main(String[] args) {

int count = Integer.parseInt(args[0]);

long time = new MethodBenchmark().repeat(count);

System.out.println(count + “ methods in ” +

time + “ milliseconds”);

}

}


Данный класс использует benchmark для определения времени, затраченного на вызов метода. Теперь вы можете провести хронометраж, запустив приложение MethodBenchmark, сообщив ему количество повторений теста. Значение передается в программу в виде аргумента-строки, из которого оно извлекается методом parseInt класса Integer, как описано в разделе “Преобразование строк”.

Вы не можете создать объект абстрактного класса, поскольку для некоторых вызываемых методов может отсутствовать реализация.

Любой класс может переопределить методы своего суперкласса и объявить их абстрактными — конкретный метод в иерархии типов становится абстрактным. Это бывает полезно, например, когда принятая по умолчанию реализация класса не подходит на некоторых уровнях в его иерархии.

Упражнение 3.6

Напишите новый класс, который измеряет что-нибудь другое — например, время, затраченное на выполнение цикла от 0 до значения, переданного в виде параметра.

Упражнение 3.7

Измените класс Vehicle так, чтобы он содержал ссылку на объект EnergySource (источник энергии), ассоциируемый с Vehicle внутри конструктора. Класс EnergySource должен быть абстрактным, поскольку состояние заполнения для объекта GasTank (бензобак) должно отмечаться иначе, нежели для объекта Battery (аккумулятор). Включите в EnergySource абстрактный метод empty и реализуйте его в классах GasTank и Battery. Включите в Vehicle метод start, который бы проверял состояние источника энергии в начале поездки.

3.8. Дублирование объектов

Метод Object.сlone помогает производить в ваших классах дублирование объектов. При дублировании возвращается новый объект, исходное состояние которого копирует состояние объекта, для которого был вызван метод clone. Все последующие изменения, вносимые в объект-дубль, не изменяют состояния исходного объекта.

При написании метода clone следует учитывать три основных момента:

• Для нормальной работы метода clone необходимо реализовать интерфейс Cloneable. /В будущих реализациях название интерфейса может быть исправлено на Clonable/
  
• Метод Object.clone выполняет простое дублирование, заключающееся в копировании всех полей исходного объекта в новый объект. Для многих классов такой вариант работает, но, возможно, в вашем классе его придется дополнить за счет переопределения метода (см. ниже).
  
• Исключение CloneNotSupportedException сигнализирует о том, что метод clone данного класса не должен вызываться.
  

Существует четыре варианта отношения класса к методу clone:

• Класс поддерживает clone. Такие классы реализуют Cloneable, а в объявлении метода clone обычно не указывается никаких запускаемых исключений.
  
• Класс условно поддерживает clone. Такой класс может представлять собой коллекцию (набор объектов), которая в принципе может дублироваться, но лишь при условии, что дублируется все ее содержимое. Такие классы реализуют Cloneable, но при этом допускают возникновение в методе clone исключения CloneNotSupportedException, которое может быть получено от других объектов при попытке их дублирования во время дублирования коллекции. Кроме того, бывает желательно разрешить возможность дублирования класса, но при этом не требовать, чтобы дублирование также поддерживалось и для всех подклассов.
  
• Класс разрешает поддержку clone в подклассах, но не объявляет об этом открыто. Такие классы не реализуют Cloneable, но обеспечивают реализацию clone для правильного дублирования полей, если реализация по умолчанию оказывается неправильной.
  
• Класс запрещает clone. Такие классы не реализуют Cloneable, а метод clone в них всегда запускает исключение CloneNotSupportedException.
  

Object.clone сначала проверяет, поддерживается ли интерфейс Cloneable объектом, для которого вызван метод clone; если нет — запускается исключение CloneNotSupportedException. В противном случае создается новый объект, тип которого совпадает с типом исходного, и его поля инициализируются значениями полей исходного объекта. При завершении работы Object.clone возвращает ссылку на новый объект.

Самая простая возможность создать дублируемый класс — объявить о реализации в нем интерфейса Cloneable:

public class MyClass extends AnotherClass

implements Cloneable

{

// ...

}


Метод clone в интерфейсе Cloneable имеет атрибут public, следовательно, метод MyClass.clone, унаследованный от Object, также будет public. После такого объявления можно дублировать объекты MyClass. Дублирование в данном случае выполняется тривиально — Object.clone копирует все поля MyClass в новый объект и возвращает его.

В методе Cloneable.clone присутствует объявление throws CloneNotSupportedException, так что возможна ситуация, при которой класс является дублируемым, а его подкласс — нет. В подклассе будет реализован интерфейс Cloneable (так как он расширяет класс, в котором есть данный интерфейс), однако на самом деле объекты подкласса не могут дублироваться. Выход оказывается простым — расширенный класс переопределяет метод clone так, чтобы последний всегда запускал исключение CloneNotSupportedException, и об этом сообщается в документации. Соблюдайте осторожность — такой подход означает, что во время выполнения программы нельзя определить, допускается ли дублирование объектов класса, простой проверкой реализации интерфейса Cloneable. Некоторые классы, для которых дублирование запрещено, вынуждены сигнализировать об этом, запуская исключение.

Большинство классов является дублируемыми. Даже если вы не реализуете в своем классе интерфейс Cloneable, необходимо убедиться в правильности работы метода clone. Во многих случаях реализация, принятая по умолчанию, не подходит, поскольку при ее выполнении происходит нежелательное размножение ссылок на объекты. В таких случаях необходимо переопределить метод clone и исправить его поведение. По умолчанию значение каждого поля исходного объекта присваивается аналогичному полю нового объекта.

Если, например, в вашем объекте присутствует ссылка на массив, то в дубликате объекта также будет находиться ссылка на тот же самый массив. Если данные массива доступны только для чтения, то в подобном совместном использовании, скорее всего, нет ничего плохого. Однако нередко требуется, чтобы ссылки внутри исходного объекта и дубликата были разными, — вероятно, ситуация, при которой дубликат может изменить содержимое массива в исходном объекте или наоборот, окажется нежелательной.

Поясним суть проблемы на примере. Предположим, у нас имеется простой стек, содержащий целые числа:

public class IntegerStack implements Cloneable {

private int[] buffer;

private int top;


public IntegerStack(int maxContents) {;

buffer = new int[maxContents];

top = -1;

}


public void push(int val) {

buffer[++top] = val;

}


Теперь рассмотрим фрагмент программы, который создает объект Integer Stack, заносит в него данные и затем дублирует:

IntegerStack first = new IntegerStack(2);

first.push(2);

first.push(9);

IntegerStack second = (IntegerStack)first.clone();

При использовании метода clone, принятого по умолчанию, данные в памяти будут выглядеть следующим образом:



Теперь рассмотрим, что произойдет после вызова first.pop(), за которым следует first.push(17). Значение верхнего элемента стека first, как и ожидалось, изменяется с 9 на 17. Тем не менее, к удивлению программиста, верхний элемент стека second тоже становится равным 17, поскольку оба стека совместно используют один и тот же массив данных.

Выход заключается в переопределении метода clone и создании в нем отдельной копии массива:

public Object clone() {

try {

IntegerStack nObj = (IntegerStack)super.clone();

nObj.buffer = (int[])buffer.clone();

return nObj;

} catch (CloneNotSupportedExeption e) {

// Не может произойти - метод clone() поддерживается

// как нашим классом, так и массивами

throw new InternalError(e.toString());

}

}

Метод clone начинается с вызова super.clone, присутствие которого чрезвычайно важно, поскольку суперкласс может решать какие-то свои проблемы, связанные с совместно используемыми объектами. Если не вызвать метод суперкласса, то это решит одни проблемы, создав взамен другие. Кроме того, вызов super.clone приводит к обращению к методу Object.clone, создающему объект правильного типа. Построение объекта IntegerStack в IntegerStack.clone приведет к неправильной работе классов-расширений IntegerStack — при вызове super.clone в расширенном классе будет создаваться объект типа IntegerStack, а не нужного, расширенного типа.

Затем значение, возвращаемое super.clone, преобразуется в ссылку на IntegerStack. Механизм приведения типов описан в разделе “Приведение типов”; с его помощью ссылка на один тип (в нашем случае — тип Object, возвращаемый clone) превращается в ссылку на другой тип (IntegerStack). Преобразование оказывается успешным лишь в том случае, если объект может использоваться в качестве объекта типа, к которому преобразуется ссылка.

Object.clone инициализирует каждое поле объекта-дубликата, присваивая ему значение соответствующего поля исходного объекта. Вам остается только написать специализированный код для обработки тех полей, для которых копирование по значению не подходит. IntegerStack.clone не копирует поле top, поскольку в него уже занесено правильное значение во время стандартного копирования значений полей.

После появления специализированного метода clone содержимое памяти для нашего примера будет выглядеть так:




Иногда добиться правильной работы clone оказывается настолько сложно, что игра не стоит свеч, и некоторые классы отказываются от поддержки clone. В таких случаях ваш метод clone должен возбуждать исключение Clone NotSupportedException, чтобы его вызов никогда не приводил к созданию неправильных объектов.

Вы также можете потребовать, чтобы метод clone поддерживался во всех подклассах данного класса, — для этого следует переопределить метод clone так, чтобы в его сигнатуру не входило объявление о возбуждении исключения CloneNotSupportedException. В результате подклассы, в которых реализуется метод clone, не смогут возбуждать исключение CloneNotSupported Exception, поскольку методы подкласса не могут вводить новые исключения. Аналогично, если метод clone в вашем классе объявлен public, то во всех расширенных классах он также будет иметь атрибут public — вспомним о том, что метод подкласса не может быть менее доступным, чем соответствующий ему метод суперкласса.

Упражнение 3.8

Реализуйте интерфейс Cloneable в классах Vehicle и PassengerVehicle. Какой из четырех описанных выше вариантов отношения к дублированию должен быть реализован в каждом из этих классов? Сработает ли простое копирование, осуществляемое в Object.clone, при дублировании объектов этих классов?

Упражнение 3.9

Напишите класс Garage (гараж), объекты которого будут сохранять в массиве некоторое число объектов Vehicle. Реализуйте интерфейс Cloneable и напишите для него соответствующий метод clone. Напишите метод Garage.main для его тестирования.

Упражнение 3.10

Реализуйте в классе LinkedList интерфейс Cloneable; метод clone должен возвращать новый список со значениями исходного списка (а не с их дубликатами). Другими словами, изменения в одном списке не должны затрагивать второго списка, однако изменения в объектах, ссылки на которые хранятся в списке, должны проявляться в обоих списках.