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EffectiveJava——用函数对象表示策略

  有些语言支持函数指针、代理、lambda表达式,或者支持类似的机制,允许程序把“调用特殊函数的能力”储存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。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;如果第一个参数所指的元素大雨第二个,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排列的策略。

  Java没有提供函数指针,但是可以用对象引用实现同样的功能。调用对象上的方法通常是执行该对象上的某个操作。然而,我们也可能定义这样一种对象,它的方法执行其他对象上的操作。如果一个类仅仅导出这样的一个方法,它的实例上就等同于一个指向该方法的指针。这样的实例被称为函数对象。考虑这样一个类:

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

  这个类导出一个带两个字符串参数的方法。指向StringLengthComparator对象的引用可以被当做是一个指向该比较器的“函数指针”,可以在任意一对字符串上被调用。换句话说,StringLengthComparator实例是用于字符串比较操作的具体策略。

  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是相互等价的。因此,它作为一个Singleton是非常合适的,可以节省不必要的对象创建开销:

/**
 * 用函数对象表示策略
 * @author weishiyao
 *
 */
public class StringLengthComparator {
	private StringLengthComparator() {}
	
	public static final StringLengthComparator INSTANCE = new StringLengthComparator();
	
	public int compare(String s1, String s2) {
		return s1.length() - s2.length();
	}
}

  为了把StringLengthComparator实例传递给方法,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,我们需要定义一个Comparator接口,并修改StringLengthComparator来实现这个接口。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接口的这个定义碰巧也出现在java.util包中,但是这并不神奇,我们自己也可以定义它。Comparator接口时范型的,因此它适合作为除字符串之外其他对象的比较器。它的compare两个参数类型为T,而不是String。只要声明前面所示的StringLengthComparator类要这么做,就可以用它实现Comparator<String>接口。

  具体的策略类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<T>() {
			@Override
			public int compare(String s1, String s2) {
				// TODO Auto-generated method stub
				return s1.length() - s2.length();
			}
		});

  但是注意,以这种方式使用匿名类时,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final域里,并重用它。这样做的另一种好处是,可以为这个函数对象取一个有意义的域名。

  因为策略接口被用作所有具体策略实例的类型,所以并不需要为了倒出具体策略,而把策略类做成公有的。相反“宿主类”还可以导出公有的静态域,其类型为策略接口,具体的策略类可以是宿主类的私有前套类。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

/**
 * 用函数对象表示策略
 * @author weishiyao
 *
 */
public class Host {
	private static class StrLenCmp implements Comparator<String>, Serializable {
		/**
		 * 
		 */
		private static final long serialVersionUID = -5797980299250787300L;

		public int compare(String s1, String s2) {
			return s1.length() - s2.length();
		}
	}
	
	// Return comparator is serializable
	public static final Comparator<String> STRING_LENGTH_COMPARATOR = new StrLenCmp();
	
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(STRING_LENGTH_COMPARATOR.compare("aaaaaa", "aaaaa"));
	}
}

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

  总而言之,函数指针的主要用途就是实现策略模式。为了在java中实现这种模式,要声明一个接口来表示该策略,并且为每一个策略声明一个实现了该接口的类。当一个具体策略只被使用一次时,通常使用匿名类来声明和实例化这个具体策略类。当一个具体策略类时设计用来重复使用的时候,它的类通常就要被实现为私有的静态成员类,并通过公有的静态final域被导出,其类型为该策略接口。


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