动态多态本质上就是面向对象设计中的继承、多态的概念。动态多态中的接口是显式接口(虚函数),比如,
1 void DoSomething(Widget& w) 2 { 3 if( w.size() > 0 && w != someNastyWidget) 4 { 5 Widget temp(w); 6 temp.normalize(); 7 temp.swap(w); 8 } 9 } |
对于上面的代码,这要求:
由于w的类型被声明为Widget,所以w必须支持Widget接口,且通常可以在源码中找出这些接口(比如Widget.h),因此这些接口也就是显示接口;
Widget可能只是一个基类,他有子类,也就是说Widget的接口有可能是虚函数(比如上面的normalize),此时对接口的调用就表现出了运行时多态;
什么是静态多态?
静态多态的设计思想:对于相关的对象类型,直接实现它们各自的定义,不需要共有基类,甚至可以没有任何关系。只需要各个具体类的实现中要求相同的接口声明,这里的接口称之为隐式接口。客户端把操作这些对象的函数定义为模板,当需要操作什么类型的对象时,直接对模板指定该类型实参即可(或通过实参演绎获得)。
相对于面向对象编程中,以显式接口和运行期多态(虚函数)实现动态多态,在模板编程及泛型编程中,是以隐式接口和编译器多态来实现静态多态。
看代码:
1 namespace StaticPoly 2 { 3 class Line 4 { 5 public: 6 void Draw()const{ std::cout << "Line Draw()\n"; } 7 }; 8 9 class Circle 10 { 11 public: 12 void Draw(const char* name=NULL)const{ std::cout << "Circle Draw()\n"; } 13 }; 14 15 class Rectangle 16 { 17 public: 18 void Draw(int i = 0)const{ std::cout << "Rectangle Draw()\n"; } 19 }; 20 21 template<typename Geometry> 22 void DrawGeometry(const Geometry& geo) 23 { 24 geo.Draw(); 25 } 26 27 template<typename Geometry> 28 void DrawGeometry(std::vector<Geometry> vecGeo) 29 { 30 const size_t size = vecGeo.size(); 31 for(size_t i = 0; i < size; ++i) 32 vecGeo[i].Draw(); 33 } 34 } 35 36 void test_static_polymorphism() 37 { 38 StaticPoly::Line line; 39 StaticPoly::Circle circle; 40 StaticPoly::Rectangle rect; 41 StaticPoly::DrawGeometry(circle); 42 43 std::vector<StaticPoly::Line> vecLines; 44 StaticPoly::Line line2; 45 StaticPoly::Line line3; 46 vecLines.push_back(line); 47 vecLines.push_back(line2); 48 vecLines.push_back(line3); 49 //vecLines.push_back(&circle); //编译错误,已不再能够处理异质对象 50 //vecLines.push_back(&rect); //编译错误,已不再能够处理异质对象 51 StaticPoly::DrawGeometry(vecLines); 52 53 std::vector<StaticPoly::Circle> vecCircles; 54 vecCircles.push_back(circle); 55 StaticPoly::DrawGeometry(circle); 56 } |
静态多态本质上就是模板的具现化。静态多态中的接口调用也叫做隐式接口,相对于显示接口由函数的签名式(也就是函数名称、参数类型、返回类型)构成,隐式接口通常由有效表达式组成, 比如,
1 template<typename Widget,typename Other> 2 void DoSomething(Widget& w, const Other& someNasty) 3 { 4 if( w.size() > 0 && w != someNasty) //someNastyT可能是是T类型的某一实例,也可能不是 5 { 6 Widget temp(w); 7 temp.normalize(); 8 temp.swap(w); 9 } 10 } |
这看似要求:
类型T需要支持size、normalize、swap函数,copy构造函数,可以进行不等比较
类型T是在编译期模板进行具现化时才表现出调用不同的函数,此时对接口的调用就表现出了编译期时多态。
但是,
size函数并不需要返回一个整型值以和10比较,甚至都不需要返回一个数值类型,唯一的约束是它返回一个类型为X的对象,且X对象和int类型(数值10的类型)可以调用一个operator >,这个operator>也不一定非要一个X类型的参数不可,它可以通过隐式转换能将X类型转为Y类型对象,而只需要Y类型可以和int类型比较即可(好绕口,请看,这也侧面印证了模板编程编译错误很难解决)。
同样类型T并不需要支持operator!=,而只需要T可以转为X类型对象,someNastyT可以转为Y类型对象,而X和Y可以进行不等比较即可。
动态多态和静态多态的比较
静态多态
优点:
由于静多态是在编译期完成的,因此效率较高,编译器也可以进行优化;
有很强的适配性和松耦合性,比如可以通过偏特化、全特化来处理特殊类型;
最重要一点是静态多态通过模板编程为C++带来了泛型设计的概念,比如强大的STL库。
缺点:
由于是模板来实现静态多态,因此模板的不足也就是静多态的劣势,比如调试困难、编译耗时、代码膨胀、编译器支持的兼容性
不能够处理异质对象集合
动态多态
优点:
OO设计,对是客观世界的直觉认识;
实现与接口分离,可复用
处理同一继承体系下异质对象集合的强大威力
缺点:
运行期绑定,导致一定程度的运行时开销;
编译器无法对虚函数进行优化
笨重的类继承体系,对接口的修改影响整个类层次;
不同点:
本质不同,静态多态在编译期决定,由模板具现完成,而动态多态在运行期决定,由继承、虚函数实现;
动态多态中接口是显式的,以函数签名为中心,多态通过虚函数在运行期实现,静态多台中接口是隐式的,以有效表达式为中心,多态通过模板具现在编译期完成
相同点:
都能够实现多态性,静态多态/编译期多态、动态多态/运行期多态;
都能够使接口和实现相分离,一个是模板定义接口,类型参数定义实现,一个是基类虚函数定义接口,继承类负责实现;
附上本次测试的所有代码:
Static_Dynamic_Polymorphism.cpp