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主题: Prototype样式 副题: 多形性、接口(Interface)
????????? 内容 ????????? v 1. 样式 v 2. 对象之原型(object prototype) v 3. 以VB落实Prototype样式 v 4. Prototype样式之应用----- 组件之设计与组装
1. 样式 Erich Gamma 等人的名著──"Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software" 含有23个重要的设计样式(design pattern)。顾名思义﹐「样式」就是大家可「有样学样﹐依样画葫芦」﹐并一而再、再而三地在不同场合﹐重复使用(reuse) 它来解决常见之问题。 样式必须常常使用﹐且愈纯熟愈好﹐才能随外界环境(context) 而加以变化﹐才能确实解决问题(problem) 。像孙子兵法、太极拳法皆含有许多样式(或称为招式)﹐必须心领神会﹐并实际练习之﹐才能达到炉火纯青之地步。其主要原因是﹕单一样式(招式)常只解决个小问题﹐而大问题可能需要多种样式混合使用才行。如何将小样式组合成为大样式来解决大问题呢﹖这常需一套完整的法则(rule)﹐通称为「样式语言」(pattern language)。本文引用Gamma书中的Prototype样式﹐说明如何以VB的接口来实作之,也让您更能善用多形性观念。以下就请您仔细看如何使用Prototype 样式了。
图1、Prototype样式的UML图
2. 对象之原型 (object prototype) 人们日常生活中﹐常见下述说法﹕
「我要养一只像加菲猫一样的猫」 「我将来要娶个美如西施的妻子」 ......
其中﹐加菲猫和西施皆是prototype (或译为范例)。当您说上述两句话时﹐听者立即能经由prototype 对象(即加菲猫或西施)来了解您心中所欲描述之新对象。在软件方面﹐使用者可藉prototype 来告诉计算机﹕
「我要的对象就像这个prototype 对象」
于是﹐计算机依该prototype 对象来造出一模一样的新对象给使用者。 回想﹐我们所熟悉的VB、C#、Java或C++语言中﹐皆是借着「类别」来描述对象之特性﹐然后计算机则依类别之描述来造出新对象。这种就通称为class-based programming ﹔而前者称为prototype-based programming 。 随着﹐软件零组件(sofrware IC) 观念的流行﹐prototype-based programming 观念也愈来愈重要了。既使像VB语言﹐也能支持prototype-based programming 。
3. 以VB落实Prototype样式 上图1是Gamma书中所列出的prototype样式。下图2则是个实际的例子。
图2、绘图对象的Prototype
对象设计者从Shape衍生出Circle及Rectangle两类别,并各诞生1个prototype对象,且存入ShapeList串行或数组之中。设计者必须为各类别定义Clone( )函式来诞生新对象,并构成多形性。于是对象装配者只需呼叫Clone( )函数就能获得新对象,而不必具有类别观念。未来,设计者可从Shape类别衍生出许许多多子类别,并把对象放入ShapeList中,供装配者使用。 兹看看如何以VB来落实上图2的UML模式:
'ex01.bas Imports System.ComponentModel Imports System.Drawing Imports System.WinForms '------------------------------------------------------------------------- Class Shape Protected lx, ly As Integer Public Sub SetXY(ByVal x As Integer, ByVal y As Integer) lx = x ly = y End Sub Public Overridable Sub Draw() End Sub Public Overridable Function Clone() As Shape End Function End Class
Class Circle Inherits Shape Public Overrides Sub Draw() MessageBox.Show("Drawing a Circle at (" + str(lx) + ", " + str(ly) + ")") End Sub Public Overrides Function Clone() As Shape Clone = New Circle() End Function End Class
Class Rectangle Inherits Shape Public Overrides Sub Draw() MessageBox.Show("Drawing a Rectangle at (" + str(lx) + ", " + str(ly) + ")") End Sub Public Overrides Function Clone() As Shape Clone = New Rectangle() End Function End Class '------------------------------------------------------------------------------------- Class ShapeList Private tlist(10) As Shape Private counter As Integer Public Sub New() counter = 0 End Sub Public Sub AddShape(ByVal sobj As Shape) tlist(counter) = sobj counter = counter + 1 End Sub Public Function GetShape(ByVal i As Integer) As Shape GetShape = tlist(i) End Function Public Sub Draw() Dim i As Integer For i = 0 To counter - 1 tlist(i).Draw() Next End Sub End Class '------------------------------------------------------------------------------------- Public Class Form1 Inherits System.WinForms.Form Public Sub New() MyBase.New() Form1 = Me 'This call is required by the Win Form Designer. InitializeComponent() 'TODO: Add any initialization after the InitializeComponent() call End Sub 'Form overrides dispose to clean up the component list. Public Overrides Sub Dispose() MyBase.Dispose() components.Dispose() End Sub #Region " Windows Form Designer generated code " ...... #End Region Protected Sub Form1_Click(ByVal sender As Object, ByVal e As System.EventArgs) Dim list As New ShapeList() Dim ps As Shape ps = New Circle() ps.SetXY(10, 10) list.AddShape(ps) ps = New Rectangle() ps.SetXY(50, 50) list.AddShape(ps) ps = list.GetShape(0).Clone() ps.SetXY(230, 70) list.AddShape(ps) list.Draw() End Sub End Class
此程序输出: Draw a Circle at (10, 10) Draw a Rectangle at (50, 50) Draw a Circle at (230, 70)
ShapeList类别属于Client,在设计ShapeList类别时,只能用到Shape类别的信息而已;在Client(如上述的Form1类别)里,除了诞生对象时使用到Circle和Rectangle类别名称之外,也只能用到Shape类别的信息而已;这让我们未来能不断扩充更多子类别,如Square、Triangle等等。为了达到此高度扩充性,需要用到多形性(polymorphism)观念。所以Shape类别里建立了多形的基础:
Public Overridable Sub Draw() End Sub Public Overridable Function Clone() As Shape End Function Draw( )和Clone( )皆是虚拟(virtual)程序,以发挥多型(polymorphism)功能。lx及ly是图形的左上角坐标。SetXY( )可改变lx及ly值。ShapeList类别的Draw程序用来绘出串行中的各prototype对象图。 VB的父类别(superclass)有两种角色: 1) 提供一些程序给子类别继承 2) 作为各子类别的共同接口(Interface)
上述程序是两者合一的落实途径。如果您落实到分布式(Distributed)环境里,则宜将上述两项角色分离并各别落实之。此时必须使用VB的Interface机制了。例如上述程序相当于:
'ex02.bas Imports System.ComponentModel Imports System.Drawing Imports System.WinForms '---------------------------------------------------- Interface IShape Sub Draw() Function Clone() As IShape Sub SetXY(ByVal x As Integer, ByVal y As Integer) End Interface
Class Shape Protected lx, ly As Integer Protected Sub SetXY(ByVal x As Integer, ByVal y As Integer) lx = x ly = y End Sub End Class
Class Circle Implements IShape Inherits Shape Public Sub Draw() Implements IShape.Draw MessageBox.Show("Drawing a Circle at (" + str(lx) + ", " + str(ly) + ")") End Sub Public Function Clone() As IShape Implements IShape.Clone Clone = New Circle() End Function Public Sub SetValue(ByVal x As Integer, ByVal y As Integer) Implements IShape.SetXY MyBase.SetXY(x, y) End Sub End Class
Class Rectangle Inherits Shape Implements IShape Public Sub Draw() Implements IShape.Draw MessageBox.Show("Drawing a Rectangle at (" + str(lx) + ", " + str(ly) + ")") End Sub Public Function Clone() As IShape Implements IShape.Clone Clone = New Rectangle() End Function Public Sub SetValue(ByVal x As Integer, ByVal y As Integer) Implements IShape.SetXY MyBase.SetXY(x, y) End Sub End Class '------------------------------------------------------------------------------------------ Class ShapeList Private tlist(10) As IShape Private counter As Integer Public Sub New() counter = 0 End Sub Public Sub AddShape(ByVal sobj As IShape) tlist(counter) = sobj counter = counter + 1 End Sub Public Function GetShape(ByVal i As Integer) As IShape GetShape = tlist(i) End Function Public Sub Draw() Dim i As Integer For i = 0 To counter - 1 tlist(i).Draw() Next End Sub End Class '------------------------------------------------------------------------------------------ Public Class Form1 Inherits System.WinForms.Form Public Sub New() MyBase.New() Form1 = Me 'This call is required by the Win Form Designer. InitializeComponent() 'TODO: Add any initialization after the InitializeComponent() call End Sub 'Form overrides dispose to clean up the component list. Public Overrides Sub Dispose() MyBase.Dispose() components.Dispose() End Sub #Region " Windows Form Designer generated code " ...... #End Region Protected Sub Form1_Click(ByVal sender As Object, ByVal e As System.EventArgs) Dim list As New ShapeList() Dim pShape As IShape pShape = New Circle() pShape.SetXY(10, 10) list.AddShape(pShape) pShape = New Rectangle() pShape.SetXY(50, 50) list.AddShape(pShape) pShape = list.GetShape(0).Clone() pShape.SetXY(230, 70) list.AddShape(pShape) list.Draw() End Sub End Class
此程序输出: Draw a Circle at (10, 10) Draw a Rectangle at (50, 50) Draw a Circle at (230, 70)
Shape类别专心担任幕后角色了,Client及ShapeList类别的设计者只看到IShape接口而已,这充分发挥了VB接口的优点。
4. Prototype样式之应用 ----- 组件之设计与组装
软件工业逐渐往零组件或称组件(component) 方向发展﹐未来计算机软件人员将分为两大群﹕对象设计者(object designer) 与对象装配者(object assembler)。就拿VB 程序员来说﹐对象设计者负责设计类别﹐以便诞生出各式各样之对象﹔对象装配者能使用现有对象或将之组装成更大之对象或系统。 依据上述加菲猫和西施的例子中﹐人们常很自然地拿自己熟悉的例子来描述他所想要的对象﹔亦即经由举例来说明他心中的对象﹐是较合乎人们生活习惯的。反而较少以类别来描述他心中之对象。因之﹐对象设计者定义好各类别之后也应各诞生一个对象﹐当做例子(prototype) ﹐最好显示在Windows 画面上。对象装配者不需要具有「类别」观念﹐只需用鼠标点取画面上的prototype 对象﹐就能获得一个类似的新对象了。如此﹐就可构成美好的分工情形。然而﹐在VB及Java等语言中﹐对象皆是由「类别」来产生的。这会造成冲突问题﹕
u 设计者不能随时诞生对象供装配者使用﹐因而希望装配者随时藉由类别诞生对象。 u 装配者最好不必具有类别观念﹐因而不愿意藉由类别来诞生对象。
如何化解这个问题呢﹖答案是﹕使用prototype 样式。
对象设计者之工作包括: 1. 设计(定义)一个Form类别叫Form1。 2. 设计一个应用架构(application framework)做为「设计者」与「装配者」分工的基础。 3. 基于架构,衍生出子类别,如Circle及Rect。 4. 诞生对象,存入串行ShapList中,如图3所示。
图3、组装的基础环境
对象装配者之工作是: 点取(或使讯息)给串行中的prototype对象,由其呼叫Clone( )来诞生新对象。 例如,让「装配者」自屏幕画面上选取对象。Circle和Rectangle各定义Draw( )及Clone( )达到多型效果,让「装配者」使用起来更加方便。Clone( )必传回一个新对象。Form1.Click()里的指令-----
pShape = list.GetShape(0).Clone() pShape.SetXY(230, 70) list.AddShape(pShape)
首先,取出串行中的第0个prototype对象,此对象诞生另一个对象,由pShape代表之。在将此新对象存入串行中,如下图所示:
图4、组装者依据prototype指示计算机诞生对象
最末将各prototype对象数示于画面上。 上述例子中,把ShapeList也归为对象设计者的掌管工作之一。在实际上,ShapeList常隶属于「装配工具」(assembly tools)内的一部份。而装配工具的设计者,可能既非对象设计者,也非对象装配者,而是用来协助「装配者」使其工作效率更佳。 由于Clone函数及Draw( )程序的多型性,在加上Clone( )能产生新对象,使得装配工具设计者,不必顾虑到对象类别之剧增,也不必用到期类别名称,大大减少工具程序之复杂度,这也是prototype模式的另一个重要用途。■

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