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  • 用函数对象表示策略

    用函数对象表示策略

    有些语言支持函数指针(function pointer)、代理(delegate)、lambda表达式(lambda expression),或者支持类似的机制,允许程序把“调用特殊函数能力”存储起来并传递这种能力。这种机制通常用于允许函数的调用者通过传入第二个函数,来指定自己的行为。例如,C语言标准库中的qsort函数要求用一个指向comparator(比较器)函数的指针作为参数,它用这个函数来比较待排序的元素。比较器函数有两个参数,都是指向元素的指针。如果第一个参数所指的元素小于第二个参数所指的元素,则返回一个负整数;如果两个元素相等则返回零;如果一个参数所指的元素大于第二个参数所指的元素,则返回一个正整数。通过传递不同的比较器函数,就可以获得各种不同的排列顺序。这正是策略模式的一个例子。比较器函数代表一种为元素函数排序的策略。

    Java没有提供函数指针,但是可以用对象引用实现相同的功能。调用对象上的方法通常是执行该对象上的某项操作。然而我们可以定义这样的一个对象,它的方法执行其他对象上的操作。如过一个类仅仅导出这样的一个方法,它的实例实际上就等于一个指向该方法的指针。这样的实例又被称为函数对象。

    class StringLengthComparator{
      public int compare(String s1,String s2){
        return s1.length() - s2.length();
      }
    }
    

    这个类导出两个字符串参数的方法,如果第一个字符串的长度比第二个的短,则返回一个负数;如果两个字符串一样长,则返回零;如果第一个字符串的长度比第二个长则返回一个整数。这个方法是一个比较器,它根据长度来给字符串排序,而不是根据更常用的字典顺序。

    作为典型的具体策略类,StringLengthComparator类是无状态的:它没有域,所以这个类的所有实例在功能上都是相互等价的。因此,它作为一个Singleton是非常适合的,可以节省很多不必要的对象创建开销:

    // common
    class StringLengthComparator{
      private StringLengthComparator(){}
      public static final StringLengthComparator INSTANCE = new StringLengthComparator();
      public int compare(String s1,String s2){
        return s1.length() - s2.length();
      }
    }
    
    // new realize
    public enum StringLengthComparator {
        StringLengthComparator;
        public int compare(String s1,String s2){
            return s1.length() - s2.length();
        }
    
    }
    

    为了能把StringLengthComparator实例传给方法,需要适当的参数类型。使用StringLengthComparator并不好,因为客户端无法传递任何其他的比较策略。相反的,我们需要定义一个Comparator借口,并修改StringLengthComparator来实现这个借口。换句话说,我们在设计具体的策略类时,还需要定义一个策略接口。

    //Strategy interface
    public Interface Comparator<T>{
      public int compare(T t1,T t2);
    }
    

    Comparator借口的这个定义碰巧也出现在java.util包中,但是这并不神奇;你完全可以自己去定义它。Comparator接口是泛型的,因此他适合作为除字符串之外的其他对象的比较器。

    public enum StringLengthComparator implements Comparator<String>{
      ...	// class body is identical to the one shown above
    }
    

    具体的策略往往使用匿名类声明。下面的语句根据长度对一个字符串数组进行排序:

    Arrays.sort(stringArray, new Comparator<String>(){
      public int compare(String s1,String s2){
        return s1.length() - s2.length();
      }
    });
    

    但是注意,以这种方法使用匿名类时,将会在每次执行调用的时候创建一个新的实例。如果它被重复执行,考虑将函数对象存储到一个私有的静态域里,,并重用它,这样做的好处是,可以为这个函数对象取一个有意义的域名称。

    因为策略接口被用作具体的策略实例类型,所以我们并不需要为了导出具体策略,而把躯体的策略类做成公有的。相反,“宿主类(host class)”还可以导出公有的静态域(或者静态工厂方法),其类型为策略接口,具体的策略类可以是宿主类的私有嵌套类。下面的例子使用静态成员类,而不是匿名类,以便允许具体的策略类实现第二个接口Serializable:

    // Exporting a concrete strategy
    class Host{
      private static class StrLenCmp implements Comparator<String>,Serializable{
        public int campare(String s1 ,String s2){
          return s1.length() - s2.length();
        }
      }
      //Returned comparator is serializable
      public static final Comparator<String> STRING_LENGTH_COMPARATOR = new StrLengCmp();
      ...	//Bulk of class omitted
    }
    

    String类利用这种模式,通过它的CASE_INSENSITIVE_ORDER域,导出一个不区分大小写的字符串比较器。

    简而言之,函数指针的主要途径就是实现策略(Strategy)模式。为了在Java中实现了该接口的类。当一个具体策略植被使用一次时,通常使用匿名类来声明和实例化这个具体策略类。当一个具体策略是设计用来重复使用的时候。它的类通常要被实现次有的静态成员类,并通过公有的静态final域被导出,其类型为该策略接口。
      (java1.8 可以使用lambda表达式)

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