函数指针的进化论(2)

函数指针

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不管是 C++ 编译器、或是 Java VM、或是 .NET CLR，内部都是以此方式来实现多态。尽管如此，这只能算是 black magic，对于 C++、Java 与 .NET 语言来说，函数指针「并未因此」和语言本身有直接相关。换句话说，C++ 和 Java 与 .NET 语言，就算语法本身不支持函数指针，照样也能实现多态。事实上，C++ 固然支持函数指针，但不是为了多态的关系，而是为了和 C 兼容 (毕竟 C++ 是 C 的 superset)；IL Asm (.NET 上的汇编语言) 固然支持函数指针，但由于安全的理由，使用上受到相当大的限制，且不是为了多态的关系。至于 Java 与 C# 则都不支持函数指针。

没错，Java 与 C# 都不支持函数指针。虽然刚刚解释过，这不会影响对于多态的支持，但是这会不会影响对于多线程 (multithreading) 与回调 (call-back) 机制的支持呢？答案是：不会！因为 Java 可以利用多态或反射 (reflection) 来实现多线程与回调，而 C#可 以利用多态或反射或委托 (delegate) 来实现多线程与回调。

反射

顾名思义，反射 (reflection) 机制就像是在吴承恩所写的西游记中所提及的「照妖镜」，可以让类别或对象 (object) 在执行时期「现出原形」。我们可以利用反射机制来深入了解某类别 (class) 的构造函数 (constructor)、方法 (method)、字段 (field)，甚至可以改变字段的值、呼叫方法、建立新的对象。有了反射机制，程序员即使对所想使用的类别所知不多，也能照样写程序。反射机制能够用来呼叫方法，这正是反射机制能够取代函数指针的原因。

以 Java 来说，java.lang.reflect.Method (以下简称 Method) 类别是用来表示某类别的某方法。我们可以透过 java.lang.Class (以下简称 Class) 类别的许多方法来取得 Method 对象。Method 类别提供 invoke() 方法，透过 invoke()，此 Method 对象所表示的方法可以被呼叫，所有的参数则是被组织成一个数组，以方便传入 invoke()。

举个例子，下面是一个名为 Invoke 的程序，它会将命令列的 Java 类别名称和要呼叫的方法名称作为参数。为了简单起见，我假定此方法是静态的，且没有参数：

import java.lang.reflect.*;
class Invoke {
        public static void main(String[] args ) {
               try {
                       Class c = Class.forName( args[0] );
                       Method m = c.getMethod( args[1], new Class [] { } );
                       Object ret = m.invoke( null, null );
                       System.out.println(args[0] + "." + args[1] +"() = " + ret );
               } catch ( ClassNotFoundException ex ) {
                       System.out.println("找不到此类别");
               } catch (NoSuchMethodException ex ) {
                       System.out.println("此方法不存在");
               } catch (IllegalAccessException ex ) {
                       System.out.println("没有权限调用此方法");
               } catch (InvocationTargetException ex ) {
                       System.out.println("调用此方法时发生下列例外:\n" +
                               ex.getTargetException() );
               }
        }
}

我们可以执行 Invoke 来取得系统的时间：

java Invoke java.lang.System CurrentTimeMillis

执行的结果如下所示：

java.lang.System.currentTimeMillis() = 1049551169474

我们的第一步就是用名称去寻找指定的 Class。我们用类别名称 (命令列的第一个参数) 去呼叫 forName() 方法，然后用方法名称 (命令列的第二个参数) 去取得方法。getMethod() 方法有两个参数：第一个是方法名称 (命令列的第二个参数)，第二个是 Class 对象的数组，这个阵例指明了方法的 signature (任何方法都可能会被多载，所以必须指定 signature 来分辨。) 因为我们的简单程序只呼叫没有参数的方法，我们建立一个 Class 对象的匿名空数组。如果我们想要呼叫有参数的方法，我们可以传递一个类别数组，数组的内容是各个类别的型态，依顺序排列。

一旦我们有了 Method 对象，就呼叫它的 invoke() 方法，这会造成我们的目标方法被调用，并且将结果以 Object 对象传回。如果要对此对象做其它额外的事，你必须将它转型为更精确的型态。

invoke() 方法的第一个参数就是我们想要呼叫目标方法的对象，如果该方法是静态的，就没有对象，所以我们把第一个参数设为 null，这就是我们范例中的情形。第二个参数是要传给目标方法作为参数的对象数组，它们的型态要符合呼叫 getMethod() 方法中所指定的型态。因为我们呼叫的方法没有参数，所以我们传递 null 作为 invoke() 的第二个参数。

以上是 Java 的例子，事实上，.NET 的反射机制也相去不远，不再赘述。反射机制是最动态的机制，比多态的功能更强大。然而，反射的速度比多态慢许多 (而且多态又比函数指针稍慢)，所以若非必要，应该少用反射机制。事实上，不管是 Java API 或 .NET Framework，都不使用反射机制来实现回调与多线程。

Java 的多线程

Java没有函数指针(为了系统安全)，也不用反射机制来处理多线程(一方面为了效率，二方面反射机制是在JDK1.1才开始支持)，而是使用多态的机制来处理多线程，作法如下：(另一种作法是实作java.lang.Runnable接口，与下面的作法雷同，不另说明。)

将执行线程的程序写在下面的run()方法中：

class MyThread extends java.lang.Thread {
        public void run() {
               // ...
        }
}

再利用下面的方式来激活此执行线程：

MyThread thread = new MyThread();
thread.start();

start() 方法定义在 java.lang.Thread 类别内，start() 方法会请操作系统建立一个执行线程，再呼叫 run()，此时调用的并非在 java.lang.Thread 内定义的 run() (它是空的)，而是利用多态机制，调用到 MyThread 内定义的 run()。

Java的回调

通常回调机制都是使用 publisher/subscriber (出版者/订阅者) 的方式，必须先向系统注册：

·                 何事件：我对何种事件感兴趣

·                 何函数：当事件发生时，请呼叫我的函数，以为通知。此函数即为回调函数 (call-back function)。

Java 也是使用类似的作法，差别在于 Java 无法利用函式指针，且采用对象导向的作法。Java 将出版者 (publisher) 称为事件来源 (event source)，将订阅者 (subscriber) 称为事件倾听者 (event listener)。大致的作法如下：

·                 向事件来源注册 (registry) 事件倾听者

·                 该事件发生时，事件来源通知 (notify) 事件倾听者

事件来源提供名为 addXxxListener() 的方法来让事件倾听者注册之用，此方法需要传入事件倾听者当参数。至于是何种事件，则由 Xxx 以为识别。例如：addMouseListener() 表示注册「鼠标事件」的事件倾听者。

利用 addXxxListener()，事件来源就可以将事件倾听者记录在字段 (field) 中。当事件发生时，事件来源就可以从字段中知道该通知和对象。可是应该呼叫该对象的那个方法呢？如果该对象没有提供该方法呢？

想要解决此问题，事件来源就必须过滤注册的对象，addXxxListener() 所需要的参数不可以是笼统的 java.lang.Object，而必须是一个实作 XxxListener 接口 (interface) 的对象。只要在 XxxListener 接口内宣告一个比方说 XxxEventHappened()，那么任何实作 XxxListener 的对象，都必定有实现 XxxEventHappened()，所以事件来源就可以在事件发生时，呼叫事件倾听者的 XxxEventHappened()。这正是依靠多态机制才能达成。

事件来源通知事件倾听者时，往往需要夹带一些额外的讯息，例如：事件来源是谁、事件发生于何时、事件发生的原因为何…。这些讯息被封装成事件对象，当作参数传给 XxxEventHappened()。

Java AWT/Swing 规定，所有的事件都必须继承自 java.util.EventObject 类别；所有的事件倾听者都必须实现 java.util.EventListener 接口。图二是 Java AWT 的事件继承阶层图：

 圖 2

 

例如，我要向一个名为 jButton1 的 javax.swing.JButton 对象注册，成为它的事件倾听者，那么就必须实作 java.awt.event.ActionListener 接口，提供 actionPerformed() 方法，如下所示：

class MyActionListener implements ActionListener {
  public void actionPerformed(ActionEvent evt) {
    // ...
  }
}

注册的方式如下：

MyActionListener mal = new MyActionListener();
jButton1.addActionListener(mal);

使用多态的机制来实现多线程和回调，不但麻烦 (必须继承)，也不能使用静态方法，因为静态方法本来就没有多态的机制 (static 一定是 non-virtual)。顺便一提，前面所提到的反射机制，可以支持静态方法 (static method)。

作者:蔡學鏞   更新日期:2004-11-07
来源:MSDN台湾   浏览次数:

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