《UML面向对象设计基础》—第1章1.8多态性

本节书摘来自异步社区《UML面向对象设计基础》一书中的第1章1.8节多态性，作者【美】Meliir Page-Jones，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

1.8　多态性
UML面向对象设计基础
“polymorphism(多态性)”一词来自两个希腊词，分别表示“许多”和“形态”。多态是指具有许多形态的特性，正如Red Dwarf(异形人)中的情节，宇宙飞船中的全体船员不断被一个可以迅速从一个形体变为另一个形体的异己分子袭击。

面向对象教科书有两种多态性的定义，没有一种能像Red Dwarf的比喻那样生动。下面描述了用符号（A）和（B）标记的两个定义。这两个定义都有效，而且多态性的这两个特性密切相关，并且在面向对象中十分有用。本节的后部分进一步解释这两个定义。

（A）多态性（polymorphism）是一种方法，这种方法使得在多个类中可以定义同一个操作或属性名，并在每个类中可以有不同的实现。

（B）多态性（polymorphism）是一种特性，这种特性使得一个属性或变量在不同的时期可以表示不同类的对象。

假设我们有一个类Polygon，表示二维图形，如图1.20所示。

现在让我们增加一些类，如Trigangle、Rectangle和Hexagon，都是Polygon的子类。这样做是合理的，因为三角形是多边形；矩形是多边形等。参见图1.21。

但程序的设计者和编程者实现Rectangle的getArea与实现Polygon的getArea存在很大的区别。为什么？因为计算矩形的面积非常简单（长×宽），Rectangle的操作getArea代码非常简单和高效。然而，计算任意复杂多边形的面积的算法则复杂而低效，我们不用该算法计算矩形的面积。

因此，如果我们写一些代码向twoDShape对象发送下列消息：

twoDShape.getArea；
我们可能不知道哪个计算面积的算法将被执行。因为不知道twoDShape属于哪个类。存在五种可能性：

① twoDShape是Triangle的实例。定义为Triangle的操作getArea将被执行。

② twoDShape是Rectangle的实例。定义为Rectangle的操作getArea将被执行。

③ twoDShape是Hexagon的实例。由于Hexagon没有名为getArea的操作，通过继承定义为Polygon的操作getArea将被执行。

④ twoDShape是一般的任意形状的Polygon的实例。定义为Polygon的操作getArea将被执行。

⑤ twoDShape是类C(如Customer)的实例，不是上述的四个类之一。由于C可能没有定义名为getArea 的操作，发送getArea消息将引起编译或运行时错误。这样是合理的，因为twoDShape不应该表示一个客户。

你可能对此感到奇怪，对象不知道发送消息的目标对象是哪个类。然而，这种情况是十分普遍的。例如，下面的最后一行代码，编译时我们不能告诉对象P运行时指向哪个类。实际所表示的对象在最后时刻由用户选择确定（由if语句检测）。

var p：Polygon；

 var t：Triangle：=Triangle.New；

 var h：Hexagon：=Hexagon.New；

 …

 if user says OK

 then p：=t

 else p：=h

 endif：

 …

 p.getArea；　　　　　　//p可能表示Triangle或Hexagon对象

 …

注意在上面面向对象的代码段中，不需要判断p.getArea执行的是哪一个getArea。这是一个非常便捷的隐藏实现。使得不用改变代码就可增加一个新的Polygon的子类（如Octagon）。隐含着目标对象“知道如何给出面积”，因此发送者不必担心。

再看一下声明语句 var p：Polygon 。这是对于变量 P的多态性的安全约束。在这里使用的编程语法中，P 只表示类Polygon的对象（或Polygon子类的对象）。如果P被赋值Customer对象或Horse对象的句柄，程序将出现运行错而停止执行。

getArea定义为几个类的操作，它为前面列出的标记为（A）的多态性提供一个很好的例子。变量P可以表示几个不同类的对象（如Triangle和Hexagon），是标记为（B）的多态性好例子。整个例子展示了多态性的两个方面是如何一起工作从而简化程序设计。

面向对象环境经常通过动态绑定（dynamic binding）实现多态性。在这种环境中，当消息发送后，在运行期间尽可能靠后地检查消息的目标对象。

动态绑定（dynamic binding）(或运行时绑定或最后绑定)是一种在运行时（而不是在编译时）确定被执行代码的技术。

在上述例子中，操作getArea被定义为Polygon和Triangle的操作，同样说明了覆盖(overriding)的概念。

覆盖（overriding）是指类C定义的方法在C 的一个子类中被重定义。

操作getArea原来是在Polygon中定义的，在Triangle 中被覆盖。Triangle中的操作具有与原来的操作名字相同，但算法不同。

你可能会偶尔使用覆盖技术在C的子类中取消类C的一个操作。可以简单地重定义它返回一个错误来取消一个操作。如果需要大量使用取消操作，源于超类/子类层次结构可能不可靠。

与多态性相关的一个概念是重载（overloading） ，请不要与覆盖（overriding）混淆。

名字或符号的重载（overloading）是指在同一个类中定义的几个操作（或操作符）都具有同一类的名字或符号，我们称该名字或符号为重载。

多态性和重载都要求在运行时选择指定的操作。正如上面的一小段代码中，目标对象的确切类（即将被执行操作的特定实现）直到运行时才知道。

多态性和重载的一般区别在于多态性允许使用相同的操作名在不同的类中定义不同的操作，而重载允许相同的操作名在相同类中定义几次，通常是在相同的名字空间。

选择哪个多态性操作依赖于消息发送的目标对象类。但对于重载操作而言，问题是如何在运行时将正确的程序绑定到操作名？答案是使用消息参数（参数的类或数目）。下面有两个例子：

1a. product1.markDown

1b. product1.markDown (hugePercentage)

2a. matrixl*i

2b. matrixl*matrix2

在第一个例子中，通过操作markDown来降低产品的价格。如果markDown被激活时不带参数（如1a），则该操作使用标准的折扣比例；如果markDown被激活时带有一个参数（如1b中的hugePercentage参数），则操作使用提供的hugePercentage值。

在第二个例子中，乘操作符被重载。如果第二个操作数是整数（如2a），则操作符为标量乘。如果第二个操作数是另一个矩阵（如2b），则操作符*为矩阵乘。

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