rtti在java造型前的检查

rtti在java造型前的检查2007-05-29 yycnet.yeah.net yyc译迄今为止，我们已知的RTTI形式包括：
（1）经典造型，如"（Shape）"，它用RTTI确保造型的正确性，并在遇到一个失败的造型后产生一个ClassCastException违例。
（2）代表对象类型的Class对象。可查询Class对象，获取有用的运行期资料。

在C++中，经典的"（Shape）"造型并不执行RTTI。它只是简单地告诉编译器将对象当作新类型处理。而Java要执行类型检查，这通常叫作“类型安全”的下溯造型。之所以叫“下溯造型”，是由于类分层结构的历史排列方式造成的。若将一个Circle（圆）造型到一个Shape（几何形状），就叫做上溯造型，因为圆只是几何形状的一个子集。反之，若将Shape造型至Circle，就叫做下溯造型。然而，尽管我们明确知道Circle也是一个Shape，所以编译器能够自动上溯造型，但却不能保证一个Shape肯定是一个Circle。因此，编译器不允许自动下溯造型，除非明确指定一次这样的造型。
RTTI在Java中存在三种形式。关键字instanceof告诉我们对象是不是一个特定类型的实例（Instance即“实例”）。它会返回一个布尔值，以便以问题的形式使用，就象下面这样：
if（x instanceof Dog）
（（Dog）x）.bark（）;
将x造型至一个Dog前，上面的if语句会检查对象x是否从属于Dog类。进行造型前，如果没有其他信息可以告诉自己对象的类型，那么instanceof的使用是非常重要的——否则会得到一个ClassCastException违例。
我们最一般的做法是查找一种类型（比如要变成紫色的三角形），但下面这个程序却演示了如何用instanceof标记出所有对象。

//: PetCount.java// Using instanceofpackage c11.petcount;import java.util.*;class Pet {}class Dog extends Pet {}class Pug extends Dog {}class Cat extends Pet {}class Rodent extends Pet {}class Gerbil extends Rodent {}class Hamster extends Rodent {}class Counter { int i; }public class PetCount {static String[] typenames = {"Pet", "Dog", "Pug", "Cat","Rodent", "Gerbil", "Hamster",};public static void main（String[] args） {Vector pets = new Vector（）;try {Class[] petTypes = {Class.forName（"c11.petcount.Dog"）,Class.forName（"c11.petcount.Pug"）,Class.forName（"c11.petcount.Cat"）,Class.forName（"c11.petcount.Rodent"）,Class.forName（"c11.petcount.Gerbil"）,Class.forName（"c11.petcount.Hamster"）,};for（int i = 0; i < 15; i++）pets.addElement（petTypes[（int）（Math.random（）*petTypes.length）].newInstance（））;} catch（InstantiationException e） {}catch（IllegalAccessException e） {}catch（ClassNotFoundException e） {}Hashtable h = new Hashtable（）;for（int i = 0; i < typenames.length; i++）h.put（typenames[i], new Counter（））;for（int i = 0; i < pets.size（）; i++） {Object o = pets.elementAt（i）;if（o instanceof Pet）（（Counter）h.get（"Pet"））.i++;if（o instanceof Dog）（（Counter）h.get（"Dog"））.i++;if（o instanceof Pug）（（Counter）h.get（"Pug"））.i++;if（o instanceof Cat）（（Counter）h.get（"Cat"））.i++;if（o instanceof Rodent）（（Counter）h.get（"Rodent"））.i++;if（o instanceof Gerbil）（（Counter）h.get（"Gerbil"））.i++;if（o instanceof Hamster）（（Counter）h.get（"Hamster"））.i++;}for（int i = 0; i < pets.size（）; i++）System.out.println（pets.elementAt（i）.getClass（）.toString（））;for（int i = 0; i < typenames.length; i++）System.out.println（typenames[i] + " quantity: " +（（Counter）h.get（typenames[i]））.i）;}} ///:~

在Java 1.0中，对instanceof有一个比较小的限制：只可将其与一个已命名的类型比较，不能同Class对象作对比。在上述例子中，大家可能觉得将所有那些instanceof表达式写出来是件很麻烦的事情。实际情况正是这样。但在Java 1.0中，没有办法让这一工作自动进行——不能创建Class的一个Vector，再将其与之比较。大家最终会意识到，如编写了数量众多的instanceof表达式，整个设计都可能出现问题。
当然，这个例子只是一个构想——最好在每个类型里添加一个static数据成员，然后在构建器中令其增值，以便跟踪计数。编写程序时，大家可能想象自己拥有类的源码控制权，能够自由改动它。但由于实际情况并非总是这样，所以RTTI显得特别方便。

1. 使用类标记
PetCount.java示例可用Java 1.1的类标记重写一遍。得到的结果显得更加明确易懂：

//: PetCount2.java// Using Java 1.1 class literalspackage c11.petcount2;import java.util.*;class Pet {}class Dog extends Pet {}class Pug extends Dog {}class Cat extends Pet {}class Rodent extends Pet {}class Gerbil extends Rodent {}class Hamster extends Rodent {}class Counter { int i; }public class PetCount2 {public static void main（String[] args） {Vector pets = new Vector（）;Class[] petTypes = {// Class literals work in Java 1.1+ only:Pet.class,Dog.class,Pug.class,Cat.class,Rodent.class,Gerbil.class,Hamster.class,};try {for（int i = 0; i < 15; i++） {// Offset by one to eliminate Pet.class:int rnd = 1 + （int）（Math.random（） * （petTypes.length - 1））;pets.addElement（petTypes[rnd].newInstance（））;}} catch（InstantiationException e） {}catch（IllegalAccessException e） {}Hashtable h = new Hashtable（）;for（int i = 0; i < petTypes.length; i++）h.put（petTypes[i].toString（）,new Counter（））;for（int i = 0; i < pets.size（）; i++） {Object o = pets.elementAt（i）;if（o instanceof Pet）（（Counter）h.get（"class c11.petcount2.Pet"））.i++;if（o instanceof Dog）（（Counter）h.get（"class c11.petcount2.Dog"））.i++;if（o instanceof Pug）（（Counter）h.get（"class c11.petcount2.Pug"））.i++;if（o instanceof Cat）（（Counter）h.get（"class c11.petcount2.Cat"））.i++;if（o instanceof Rodent）（（Counter）h.get（"class c11.petcount2.Rodent"））.i++;if（o instanceof Gerbil）（（Counter）h.get（"class c11.petcount2.Gerbil"））.i++;if（o instanceof Hamster）（（Counter）h.get（"class c11.petcount2.Hamster"））.i++;}for（int i = 0; i < pets.size（）; i++）System.out.println（pets.elementAt（i）.getClass（）.toString（））;Enumeration keys = h.keys（）;while（keys.hasMoreElements（）） {String nm = （String）keys.nextElement（）;Counter cnt = （Counter）h.get（nm）;System.out.println（nm.substring（nm.lastIndexOf（"."） + 1） + " quantity: " + cnt.i）;}}} ///:~

在这里，typenames（类型名）数组已被删除，改为从Class对象里获取类型名称。注意为此而额外做的工作：例如，类名不是Getbil，而是c11.petcount2.Getbil，其中已包含了包的名字。也要注意系统是能够区分类和接口的。
也可以看到，petTypes的创建模块不需要用一个try块包围起来，因为它会在编译期得到检查，不会象Class.forName（）那样“掷”出任何违例。
Pet动态创建好以后，可以看到随机数字已得到了限制，位于1和petTypes.length之间，而且不包括零。那是由于零代表的是Pet.class，而且一个普通的Pet对象可能不会有人感兴趣。然而，由于Pet.class是petTypes的一部分，所以所有Pet（宠物）都会算入计数中。

2. 动态的instanceof
Java 1.1为Class类添加了isInstance方法。利用它可以动态调用instanceof运算符。而在Java 1.0中，只能静态地调用它（就象前面指出的那样）。因此，所有那些烦人的instanceof语句都可以从PetCount例子中删去了。如下所示：

//: PetCount3.java// Using Java 1.1 isInstance（）package c11.petcount3;import java.util.*;class Pet {}class Dog extends Pet {}class Pug extends Dog {}class Cat extends Pet {}class Rodent extends Pet {}class Gerbil extends Rodent {}class Hamster extends Rodent {}class Counter { int i; }public class PetCount3 {public static void main（String[] args） {Vector pets = new Vector（）;Class[] petTypes = {Pet.class,Dog.class,Pug.class,Cat.class,Rodent.class,Gerbil.class,Hamster.class,};try {for（int i = 0; i < 15; i++） {// Offset by one to eliminate Pet.class:int rnd = 1 + （int）（Math.random（） * （petTypes.length - 1））;pets.addElement（petTypes[rnd].newInstance（））;}} catch（InstantiationException e） {}catch（IllegalAccessException e） {}Hashtable h = new Hashtable（）;for（int i = 0; i < petTypes.length; i++）h.put（petTypes[i].toString（）,new Counter（））;for（int i = 0; i < pets.size（）; i++） {Object o = pets.elementAt（i）;// Using isInstance to eliminate individual// instanceof expressions:for （int j = 0; j < petTypes.length; ++j）if （petTypes[j].isInstance（o）） {String key = petTypes[j].toString（）;（（Counter）h.get（key））.i++;}}for（int i = 0; i < pets.size（）; i++）System.out.println（pets.elementAt（i）.getClass（）.toString（））;Enumeration keys = h.keys（）;while（keys.hasMoreElements（）） {String nm = （String）keys.nextElement（）;Counter cnt = （Counter）h.get（nm）;System.out.println（nm.substring（nm.lastIndexOf（"."） + 1） + " quantity: " + cnt.i）;}}} ///:~

可以看到，Java 1.1的isInstance（）方法已取消了对instanceof表达式的需要。此外，这也意味着一旦要求添加新类型宠物，只需简单地改变petTypes数组即可；毋需改动程序剩余的部分（但在使用instanceof时却是必需的）。