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標題: [zt]防止到 String 類的不恰當?shù)念愋娃D(zhuǎn)換 [打印本頁]
作者: eclipse    時間: 2002-10-17 17:56
標題: [zt]防止到 String 類的不恰當?shù)念愋娃D(zhuǎn)換
防止到 String 類的不恰當?shù)念愋娃D(zhuǎn)換

充分利用 Java 語言多態(tài)性


級別：中級


Fernando Ribeiro（fribeiro@bol.com.br）
顧問
2002 年 10 月

在 Java 編程中，將對象轉(zhuǎn)換為字符串（或字符串化）可能引起問題，除非您記住在純粹的面向?qū)ο髴?yīng)用程序中很少使用字符串表示法。在本文中，系統(tǒng)分析員兼程序員 Fernando Ribeiro 以 Eric Allen 的錯誤模式概念為基礎(chǔ)建立了其觀點，并說明了錯誤的字符串化是如何成為錯誤模式的；他討論了對這種難以捉摸的缺陷的診斷并解釋了類型安全的好處。
字符串化是從對象到字符串的轉(zhuǎn)換，而對于本文，錯誤的字符串化是指對 String 類的不恰當?shù)念愋娃D(zhuǎn)換。例如，本文中的示例將向您展示產(chǎn)品代碼很少是字符串，但許多開發(fā)人員會將其類型轉(zhuǎn)換為 String 類，因而將危及面向?qū)ο缶幊讨械亩鄳B(tài)性的廣泛用途。

盡管看起來只是樣式問題（因為錯誤字符串化“錯誤模式”的一個隱蔽屬性就是：它在任何時候（即使是測試時）都不引起任何錯誤），但避免對 String 類進行不恰當?shù)念愋娃D(zhuǎn)換可以使您充分利用 Java 語言內(nèi)在的多態(tài)性特性。在實踐方面，避免這種模式是防止它的最佳方法，而避免它的最佳方法是為您代碼中的大多數(shù)元素定義一個特定的類型。通過這樣做，您確保了每個類的類型適合于其任務(wù)，從而確保了系統(tǒng)的可靠性。這個解決方案會對您的系統(tǒng)性能增加一些開銷，但換來的是一個可靠得多的系統(tǒng)。

在本文中，我們將在企業(yè)系統(tǒng)環(huán)境中討論這個模式，并且將研究一種檢測這種錯誤的方法：方法的錯誤重載。（我們不會在本文中過多地討論修改錯誤，因為，簡單地避免使用字符串表示是解決該問題最佳和最常見的方法。）

聚焦 String 不恰當?shù)念愋娃D(zhuǎn)換
我喜歡和研究錯誤模式一樣來研究不恰當?shù)貙㈩愋娃D(zhuǎn)換為 String 類這一問題。因此，讓我們將這種問題稱為錯誤字符串化錯誤模式。（有關(guān)錯誤模式的更多信息，請參閱參考資料中 Eric Allen 的診斷 Java 代碼專欄文章。）

幾個定義
對于不熟悉本文中使用的所有術(shù)語的讀者，這些定義應(yīng)該有助于您跟上進度：
UML（統(tǒng)一建模語言）：通過制定計劃或“藍圖”來簡化軟件設(shè)計過程，以此來明確說明、可視化、構(gòu)造和文檔化軟件系統(tǒng)構(gòu)件的語言。

OCL（對象約束語言）：統(tǒng)一建模語言（UML）的表達語言；它具有純表達語言（不能更改模型中的任何東西）、建模語言（所有實現(xiàn)問題均超出范圍并無法表達）和形式語言（所有構(gòu)造都有形式定義的意義）的特征。

類型安全的、類型安全：指定類型的 UML 模型元素（如字段或操作），其結(jié)構(gòu)和行為最貼切地符合元素規(guī)范。

字符串化：將對象轉(zhuǎn)換成字符串。

多態(tài)性：在面向?qū)ο缶幊讨�，編程語言根據(jù)對象的類型以不同方式處理它們的能力。

方法重載：在面向?qū)ο髴?yīng)用程序中重新定義派生類的方法的能力，其中方法名稱保持相同，但參數(shù)的類型更改了。

在我們繼續(xù)討論之前，請允許我迅速討論一下類型安全的概念。當 UML 模型元素是類型安全的時，其結(jié)構(gòu)和行為貼切地與其規(guī)范相匹配，或者換句話說，它是明確地為其用途開發(fā)的。有助于您理解的示例是：搜索索引列表的操作的“鍵”參數(shù)不是一個字符串，而只是一個對象，類似于其它 Java 對象，可以通過調(diào)用 toString() : String 方法將它字符串化。差異在于字符串可以求子字符串、連接等；但鍵不能。它們是鍵，不是字符串。

在類型安全的應(yīng)用程序中，color 字段的類型、getColor(): String 方法的返回類型和 setColor(color : String) : void 方法的 color 參數(shù)的類型都是 Color 而不是 String — 它返回車輛的顏色而不是其字符串表示。清單 1 提供了示例。

在本文的代碼示例中，我們將使用一個假想的企業(yè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括汽車工業(yè)產(chǎn)品的運輸和跟蹤功能。我們將為這個系統(tǒng)定義類，包括 Vehicle 類（當我們討論單個車輛細節(jié)時使用）和更普通的 Product 類（作為一般企業(yè)產(chǎn)品目錄的示例）。

清單 1. 錯誤字符串化的車輛
/**
* The vehicle
**/
public class Vehicle {

    /**
     * Construct a vehicle
     **/
    public Vehicle() {
    }

    /**
     * The color of a vehicle
     **/
    private String color&#59;

    /**
     * Get the color of a vehicle
     * @return The color of a vehicle
     **/
    public String getColor() {
        return this.color&#59;
    }

    /**
     * Set the color of a vehicle
     * @param color A color
     **/
    public void setColor(String color) {
        this.color = color&#59;
    }

}




這種錯誤模式出現(xiàn)在許多企業(yè)系統(tǒng)（包括產(chǎn)品目錄）中。研究下列代碼以獲得示例（這個示例也定義了 Product 類）：

清單 2. 錯誤字符串化的產(chǎn)品
/**
* The product
**/
public class Product {

    /**
     * Construct a product
     **/
    public Product() {
    }

    /**
     * Construct a product
     * @param code A code
     **/
    public Product(String code) {
        this.setCode(code)&#59;
    }

    /**
     * The code of a product
     **/
    private String code&#59;

    public boolean equals(Object b) {
        if (!(b instanceof Product))
            return false&#59;
        return this.getCode().equals(((Product)b).getCode())&#59;
    }

    protected void finalize() {
        this.setCode(null)&#59;
    }

    /**
     * Get the code of a product
     * @return The code of a product
     **/
    public String getCode() {
        return this.code&#59;
    }

    public int hashCode() {
        String code = this.getCode()&#59; // defensively copies
        if (code == null)
            return 0&#59;
        return code.hashCode()&#59;
    }

    /**
     * Set the code of a product
     * @param code A code
     **/
    public void setCode(String code) {
        this.code = code&#59;
    }

    public String toString() {
        return new String()&#59;
    }

}




關(guān)于上述代碼中 Product 類設(shè)計的幾點注釋：

第一個構(gòu)造函數(shù)是空的并且不獲取任何參數(shù)。
第二個構(gòu)造函數(shù)獲取一段代碼。
這些代碼組成（屬于）產(chǎn)品。
產(chǎn)品的字符串表示是空字符串。
產(chǎn)品按其代碼來比較是否相等。
產(chǎn)品的散列碼是其代碼的散列碼。
讓我們研究一下用于最后兩項的一些代碼示例。

產(chǎn)品按其代碼來比較是否相等
以下是說明這一點的 OCL 約束：


context Product::equals(b : Object) : boolean
    pre: b.oclIsKindOf(Product)&#59;
    post: result = self.getCode().equals(b.oclAsType(Product).getCode())&#59;



產(chǎn)品及其代碼的散列碼相同
以下是說明這一點的 OCL 約束：


context Product::hashCode() : int post:
    let code : String = self.getCode() in
    if code.oclIsUndefined() then
        result = 0&#59;
    else
        result = code.hashCode()&#59;
    end if



以下是發(fā)生錯誤字符串化錯誤模式能夠削弱您產(chǎn)生良好代碼的能力的原因 — 產(chǎn)品代碼不是字符串，因為它所需要的結(jié)構(gòu)和行為可能超出 String 類所允許的范圍。

（本文中 OCL 約束是基于 OCL 2.0 建議的 — 例如，在 OCL 1.4 中不存在“oclIsNew”。有關(guān) OCL 的更多信息，請參閱參考資料。）

產(chǎn)品代碼還可能需要專門化（如銷售或工程產(chǎn)品代碼）。并且某些產(chǎn)品可能被多次編碼 — 工程代碼可能被用于后勤系統(tǒng)；后勤代碼可能被用于銷售系統(tǒng)；工程、后勤和銷售代碼都可能被用于電子商務(wù)系統(tǒng)。產(chǎn)品代碼的用法需求有幾分象指揮開發(fā)人員的紅旗，把他們引向為每種產(chǎn)品代碼開發(fā)新的特定類型的方法。

那么為什么會發(fā)生這種問題呢？而我們又應(yīng)該如何修正或避免它？

問題和一些解決方案
問題之所以會發(fā)生，是因為大多數(shù)程序員沒有在面向?qū)ο髴?yīng)用程序中利用類型安全。（請記住，我們認為值得另外花一些力氣去定義一個特定于需求的新類型而不是依靠現(xiàn)有的類型，因為現(xiàn)有類型可能不夠匹配并可能引起問題。）下列車輛問題嘗到了類型安全應(yīng)用程序的甜頭，其中車輛（轎車和卡車）是由不同的船運輸?shù)�。請研究下列代碼：


/**
* Deliver a vehicle
* @param vehicle A vehicle
**/
public void deliver(String vehicle) {
    // is it a car or a truck?
}



deliver(vehicle : String) : void 方法實現(xiàn)了字符串的傳遞（令人沮喪但事實如此）而不是車輛的傳遞，因為任何字符串都可以指定給 vehicle 參數(shù)。這實際上不是該問題的解決方案。

對于我們希望調(diào)用程序傳遞給該方法的類型來說，Vehicle 類型（類似于下一個代碼塊中使用的類型）是好得多的匹配類型。


/**
* Deliver a vehicle
* @param vehicle A vehicle
**/
public void deliver(Vehicle vehicle) {
    // who delivers a vehicle?
}




deliver(vehicle:Vehicle) : void 方法實現(xiàn)了車輛的傳輸，但是，因為轎車和卡車（這個環(huán)境中的所有車輛）是用不同的船運輸?shù)�，所以它也不是該問題的完整解決方案。

研究下面的這些代碼：


/**
* Deliver a car
* @param car A car
**/
public void deliverCar(String car) {
    // delivered by the first ship
}

/**
* Deliver a truck
* @param truck A truck
**/
public void deliverTruck(String truck) {
    // delivered by the second ship
}



這也不是好的解決方案，因為這種方法要求 deliverCar(car : String) : void 和 deliverTruck(truck: String) : void 方法的調(diào)用程序按條件對轎車和卡車區(qū)別對待。

最后，研究下列代碼：


/**
* Deliver a car
* @param car A car
**/
public void deliver(Car car) {
    // delivered by the first ship
}

/**
* Deliver a truck
* @param truck A truck
**/
public void deliver(Truck truck) {
    // delivered by the second ship
}




這種方法不要求 deliver(car : Car) : void 和 deliver(truck : Truck) : void 方法的調(diào)用程序按條件對轎車和卡車區(qū)別對待，因為方法重載允許開發(fā)人員為幾種參數(shù)列表實現(xiàn)相同行為。這種方法適合于面向?qū)ο髴?yīng)用程序。

迄今為止，我們討論的代碼示例已經(jīng)使用了方法重載和 Java 編譯器中的特性 — 方法削窄，方法削窄搜索調(diào)用程序請求的操作的最佳匹配。這種搜索不僅取決于方法名稱，而且取決于其參數(shù)類型和參數(shù)列表的大小。（有關(guān)方法削窄的更多信息，請參閱參考資料。）

當用同一艘船運輸轎車和卡車時，deliver(vehicle : Vehicle) : void 方法取代了 deliver(car : Car) : void 和 deliver(truck : Truck) : void 方法。并且，按照 Java 規(guī)范的二進制兼容性原則，這兩個方法的調(diào)用程序甚至不必重新編譯。這就是 Java 應(yīng)用程序所顯示出的多態(tài)性的能力。

預(yù)防方法
避免字符串化所帶來的問題的“金科玉律”是這樣的：

對象的字符串表示應(yīng)該是類型安全的應(yīng)用程序中唯一字符串。
下列代碼和 UML 類圖將演示以 UML 表示的類型安全的面向?qū)ο髴?yīng)用程序的清晰設(shè)計。

研究類型安全的產(chǎn)品
下列的代碼塊是一種設(shè)計良好的類型安全的產(chǎn)品。

清單 3. 類型安全的產(chǎn)品
/**
* The product
**/
public class Product {

    /**
     * Construct a product
     **/
    public Product() {
    }

    /**
     * Construct a product
     * @param code A code
     **/
    public Product(ProductCode code) {
        this.setCode(code)&#59;
    }

    /**
     * The code of a product
     **/
    private ProductCode code&#59;

    public boolean equals(Object b) {
        if (!(b instanceof Product))
            return false&#59;
        return this.getCode().equals(((Product)b).getCode())&#59;
    }
   
    protected void finalize() {
        this.setCode(null)&#59;
    }

    /**
     * Get the code of a product
     * @return The code of a product
     **/
    public ProductCode getCode() {
        return this.code&#59;
    }

    public int hashCode() {
        ProductCode code = this.getCode()&#59; // defensively copies
        if (code == null)
            return 0&#59;
        return code.hashCode()&#59;
    }

    /**
     * Set the code of a product
     * @param code A code
     **/
    public void setCode(ProductCode code) {
        this.code = code&#59;
    }

    public String toString() {
        return new String()&#59;
    }

}




圖 1. 類型安全的產(chǎn)品的 UML 類圖


研究類型安全的產(chǎn)品代碼
在本節(jié)中，我們將研究產(chǎn)品代碼和 ProductCode 類。

清單 4. 產(chǎn)品代碼
/**
* The product code
**/
public class ProductCode {

    /**
     * Construct a product code
     **/
    public ProductCode() {
    }

    public boolean equals(Object b) {
        if (!(b instanceof ProductCode))
            return false&#59;
        return this.toString().equals(b.toString())&#59;
    }

    public int hashCode() {
        return this.toString().hashCode()&#59;
    }

    public String toString() {
        return new String()&#59;
    }

}




快速提示：此時，有些開發(fā)人員會提問每次調(diào)用 toString 都返回一個新的 String 是否明智。我已經(jīng)和其他開發(fā)人員（包括 Effective Java Programming 的作者 Joshua Bloch）證實了這種方法，并且它看起來是目前的最佳解決方案。調(diào)用 intern() 來訪問這個池會很笨拙，因為保存這個方法的返回值的變量往往是“短命的”，所以認為性能不成問題。

關(guān)于 ProductCode 類設(shè)計的幾點注釋：

構(gòu)造函數(shù)是空的并不獲取任何參數(shù)。
產(chǎn)品按其代碼的字符串表示來比較是否相等。
產(chǎn)品代碼的散列碼是其字符串表示的散列碼。
產(chǎn)品代碼的字符串表示是空字符串。
讓我們更仔細地研究最后三項。

產(chǎn)品按其代碼的字符串表示來比較是否相等
以下是說明這一點的 OCL 約束：


context ProductCode::equals(b : Object)
    pre: b.oclIsKindOf(ProductCode)
    post: result = self.getCode().equals(b.getCode())



產(chǎn)品代碼的散列碼及其字符串表示的散列碼相同
以下是說明這一點的 OCL 約束：


context ProductCode::hashCode() : int post:
    result = self.toString().hashCode()&#59;



產(chǎn)品代碼的字符串表示是空字符串
以下是說明這一點的 OCL 約束：


context ProductCode::toString() : String post:
    result.oclIsNew()&#59;



研究接口實現(xiàn)
可以通過 ProductCode 類的子類方便地實現(xiàn)某些接口：

Cloneable
Comparable
Serializable
讓我們用代碼示例說明這些子類接口實現(xiàn)。我們將從 Cloneable 開始：


public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    return super.clone()&#59;
}



以下是 Comparable 接口實現(xiàn)的示例：


public int compareTo(Object b) {
    if (!(b instanceof ProductCode))
        throw new ClassCastException()&#59;
    return toString().compareTo(b.toString())&#59;
}



以下是用 ProductCode 類的子類更改產(chǎn)品代碼字符串表示的演示：


ProductCode pc = new ProductCode() {
    public String toString() {
        return "9BGRD08Z01G167984"&#59;
    }
}&#59;




請注意：上一個示例中語法并不特別完美。

對字符串的一點補充
String 類是 final 類。因為有著非常充分的理由：該類本身已經(jīng)提供了由 Java 應(yīng)用程序使用的所有行為，所以它不能被繼承。從 String 類繼承 ProductCode 類（就象某些開發(fā)人員喜歡做的那樣），會象使用產(chǎn)品代碼的字符串表示而不是產(chǎn)品代碼本身來組成產(chǎn)品一樣笨拙。

使用類型安全來避免錯誤字符串化錯誤模式將花費額外的時間（用來創(chuàng)建新的、更特定的類型），可能不會增加您系統(tǒng)的性能，但會始終增加您系統(tǒng)的可靠性。

多態(tài)性的好處和使用類型安全的習慣關(guān)系密切，并且錯誤字符串化是關(guān)心這一點以及理解它不僅僅是個樣式問題的又一個原因。

我要感謝 OCL 規(guī)范的作者和 Klasse Objecten 的 Jos Warmer 和 Anneke Kleppe，他們對本文的寫作提供了意見和支持。

參考資料

有關(guān)錯誤模式的更多信息，請參閱 Eric Allen 的診斷 Java 代碼專欄。


Granville Miller 的專欄 Java 建模是統(tǒng)一建模語言及其表達語言 OCL 很好的信息來源。


關(guān)于 OCL 和 UML 的另外兩個優(yōu)秀的參考資料是來自 Boldsoft、Rational Software Corporation、IONA 和 Adaptive Ltd. 的 UML 1.4 規(guī)范和 OCL 2.0 建議，查看它們以了解關(guān)于 OCL 的更多內(nèi)容。


在 IBM OCL 頁面上可以找到許多關(guān)于 OCL 的內(nèi)容，包括定義、發(fā)展史和到其它參考資料的鏈接。


IBM OCL Parser 0.3 是一種有用的理解 OCL 的工具。


可以在這篇 Sun 技術(shù)文章中找到關(guān)于有用的 Java 特性方法削窄的很好的參考資料。


請到 developerWorks Java 技術(shù)專區(qū)查找其它關(guān)于 Java 的參考資料。

關(guān)于作者
Fernando Ribeiro 住在巴西，是一位高級系統(tǒng)分析員兼程序員。Fernando 已經(jīng)在幾個行業(yè)中使用 C++、Java 和 UML 六年了，最近，他是 JCP 專家組的成員，為一家主要的全球 IT 服務(wù)公司進行 J2EE 應(yīng)用程序國際化�？赏ㄟ^ fribeiro@bol.com.br 與他聯(lián)系。




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