Java编程思想第4版[中文版](PDF格式)-第90部分
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（9） 根据本章正文的说明修改程序 CADState。java 。
（10） 在第 7 章（中间部分）找到GreenhouseControls。java 示例，它应该由三个文件构成。在
GreenhouseControls。java 中，Restart（）内部类有一个硬编码的事件集。请修改这个程序，使其能从一个文
本文件里动态读取事件以及它们的相关时间。
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第 11 章 运行期类型鉴定
运行期类型鉴定（RTTI ）的概念初看非常简单——手上只有基础类型的一个句柄时，利用它判断一个对象的
正确类型。
然而，对RTTI 的需要暴露出了面向对象设计许多有趣（而且经常是令人困惑的）的问题，并把程序的构造问
题正式摆上了桌面。
本章将讨论如何利用Java 在运行期间查找对象和类信息。这主要采取两种形式：一种是“传统”RTTI ，它假
定我们已在编译和运行期拥有所有类型；另一种是 Java1。1 特有的“反射”机制，利用它可在运行期独立查
找类信息。首先讨论“传统”的RTTI，再讨论反射问题。
11。1 对 RTTI 的需要
请考虑下面这个熟悉的类结构例子，它利用了多形性。常规类型是Shape 类，而特别衍生出来的类型是
Circle，Square 和Triangle 。
这是一个典型的类结构示意图，基础类位于顶部，衍生类向下延展。面向对象编程的基本目标是用大量代码
控制基础类型（这里是 Shape）的句柄，所以假如决定添加一个新类（比如Rhomboid ，从Shape 衍生），从
而对程序进行扩展，那么不会影响到原来的代码。在这个例子中，Shape 接口中的动态绑定方法是draw（），
所以客户程序员要做的是通过一个普通Shape 句柄调用draw（）。draw（）在所有衍生类里都会被覆盖。而且由
于它是一个动态绑定方法，所以即使通过一个普通的Shape 句柄调用它，也有表现出正确的行为。这正是多
形性的作用。
所以，我们一般创建一个特定的对象（Circle，Square，或者 Triangle ），把它上溯造型到一个Shape （忽
略对象的特殊类型），以后便在程序的剩余部分使用匿名 Shape 句柄。
作为对多形性和上溯造型的一个简要回顾，可以象下面这样为上述例子编码（若执行这个程序时出现困难，
请参考第3 章3。1。2 小节“赋值”）：
//： Shapes。java
package c11；
import java。util。*；
interface Shape ｛
void draw（）；
｝
class Circle implements Shape ｛
public void draw（） ｛
System。out。println（〃Circle。draw（）〃）；
｝
｝
class Square implements Shape ｛
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public void draw（） ｛
System。out。println（〃Square。draw（）〃）；
｝
｝
class Triangle implements Shape ｛
public void draw（） ｛
System。out。println（〃Triangle。draw（）〃）；
｝
｝
public class Shapes ｛
public static void main（String＇＇ args） ｛
Vector s = new Vector（）；
s。addElement（new Circle（））；
s。addElement（new Square（））；
s。addElement（new Triangle（））；
Enumeration e = s。elements（）；
while（e。hasMoreElements（））
（（Shape）e。nextElement（））。draw（）；
｝
｝ ///：~
基础类可编码成一个 interface （接口）、一个abstract （抽象）类或者一个普通类。由于Shape 没有真正
的成员（亦即有定义的成员），而且并不在意我们创建了一个纯粹的Shape 对象，所以最适合和最灵活的表
达方式便是用一个接口。而且由于不必设置所有那些abstract 关键字，所以整个代码也显得更为清爽。
每个衍生类都覆盖了基础类draw 方法，所以具有不同的行为。在main（）中创建了特定类型的Shape，然后将
其添加到一个Vector。这里正是上溯造型发生的地方，因为Vector 只容纳了对象。由于Java 中的所有东西
（除基本数据类型外）都是对象，所以Vector 也能容纳 Shape 对象。但在上溯造型至 Object 的过程中，任
何特殊的信息都会丢失，其中甚至包括对象是几何形状这一事实。对Vect or 来说，它们只是Object。
用nextElement（）将一个元素从 Vector 提取出来的时候，情况变得稍微有些复杂。由于 Vector 只容纳
Object，所以 nextElement（）会自然地产生一个 Object 句柄。但我们知道它实际是个 Shape 句柄，而且希望
将Shape 消息发给那个对象。所以需要用传统的〃（Shape）〃方式造型成一个Shape。这是RTTI 最基本的形
式，因为在 Java 中，所有造型都会在运行期间得到检查，以确保其正确性。那正是RTTI 的意义所在：在运
行期，对象的类型会得到鉴定。
在目前这种情况下，RTTI 造型只实现了一部分：Object 造型成 Shape，而不是造型成Circle，Square 或者
Triangle 。那是由于我们目前能够肯定的唯一事实就是Vector 里充斥着几何形状，而不知它们的具体类别。
在编译期间，我们肯定的依据是我们自己的规则；而在编译期间，却是通过造型来肯定这一点。
现在的局面会由多形性控制，而且会为Shape 调用适当的方法，以便判断句柄到底是提供Circle，Square，
还是提供给 Triangle 。而且在一般情况下，必须保证采用多形性方案。因为我们希望自己的代码尽可能少知
道一些与对象的具体类型有关的情况，只将注意力放在某一类对象（这里是Shape）的常规信息上。只有这
样，我们的代码才更易实现、理解以及修改。所以说多形性是面向对象程序设计的一个常规目标。
然而，若碰到一个特殊的程序设计问题，只有在知道常规句柄的确切类型后，才能最容易地解决这个问题，
这个时候又该怎么办呢？举个例子来说，我们有时候想让自己的用户将某一具体类型的几何形状（如三角
形）全都变成紫色，以便突出显示它们，并快速找出这一类型的所有形状。此时便要用到RTTI 技术，用它查
询某个 Shape 句柄引用的准确类型是什么。
11。1。1 Class 对象
为理解RTTI 在 Java 里如何工作，首先必须了解类型信息在运行期是如何表示的。这时要用到一个名为
“Class 对象”的特殊形式的对象，其中包含了与类有关的信息（有时也把它叫作“元类”）。事实上，我
们要用 Class 对象创建属于某个类的全部“常规”或“普通”对象。
对于作为程序一部分的每个类，它们都有一个 Class 对象。换言之，每次写一个新类时，同时也会创建一个
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Class 对象（更恰当地说，是保存在一个完全同名的。class 文件中）。在运行期，一旦我们想生成那个类的
一个对象，用于执行程序的 Java 虚拟机（JVM）首先就会检查那个类型的Class 对象是否已经载入。若尚未
载入，JVM 就会查找同名的。class 文件，并将其载入。所以Java 程序启动时并不是完全载入的，这一点与许
多传统语言都不同。
一旦那个类型的Class 对象进入内存，就用它创建那一类型的所有对象。
若这种说法多少让你产生了一点儿迷惑，或者并没有真正理解它，下面这个示范程序或许能提供进一步的帮
助：
//： SweetShop。java
// Examination of the way the class loader works
class Candy ｛
static ｛
System。out。println（〃Loading Candy〃）；
｝
｝
class Gum ｛
static ｛
System。out。println（〃Loading Gum〃）；
｝
｝
class Cookie ｛
static ｛
System。out。println（〃Loading Cookie〃）；
｝
｝
public class SweetShop ｛
public static void main（String＇＇ args） ｛
System。out。println（〃inside main〃）；
new Candy（）；
System。out。println（〃After creating Candy〃）；
try ｛
Class。forName（〃Gum〃）；
｝ catch（ClassNotFoundException e） ｛
e。printStackTrace（）；
｝
System。out。println（
〃After Class。forName（”Gum”）〃）；
new Cookie（）；
System。out。println（〃After creating Cookie〃）；
｝
｝ ///：~
对每个类来说（Candy，Gum 和Cookie），它们都有一个 static从句，用于在类首次载入时执行。相应的信
息会打印出来，告诉我们载入是什么时候进行的。在main（）中，对象的创建代码位于打印语句之间，以便侦
测载入时间。
特别有趣的一行是：
Class。forName（〃Gum〃）；
该方法是Class （即全部Class 所从属的）的一个 static成员。而 Class 对象和其他任何对象都是类似的，
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所以能够获取和控制它的一个句柄（装载模块就是干这件事的）。为获得 Class 的一个句柄，一个办法是使
用forName（）。它的作用是取得包含了目标类文本名字的一个String （注意拼写和大小写）。最后返回的是
一个Class 句柄。
该程序在某个JVM 中的输出如下：
inside main
Loading Candy
After creating Candy
Loading Gum
After Class。forName（〃Gum〃）
Loading Cookie
After creating Cookie
可以看到，每个Class 只有在它需要的时候才会载入，而 static 初始化工作是在类载入时执行的。
非常有趣的是，另一个 JVM 的输出变成了另一个样子：
Loading Candy
Loading Cookie
inside main
After creating Candy
Loading Gum
After Class。forName（〃Gum〃）
After creating Cookie
看来JVM 通过检查main（）中的代码，已经预测到了对Candy 和Cookie 的需要，但却看不到Gum，因为它是通
过对forName（）的一个调用创建的，而不是通过更典型的new 调用。尽管这个JVM 也达到了我们希望的效
果，因为确实会在我们需要之前载入那些类，但却不能肯定这儿展示的行为百分之百正确。
1。 类标记
在Java 1。1 中，可以采用第二种方式来产生Class 对象的句柄：使用“类标记”。对上述程序来说，看起来
就象下面这样：
Gum。class；
这样做不仅更加简单，而且更安全，因为它会在编译期间得到检查。由于它取消了对方法调用的需要，所以
执行的效率也会更高。
类标记不仅可以应用于普通类，也可以应用于接口、数组以及基本数据类型。除此以外，针对每种基本数据
类型的封装器类，它还存在一个名为TYPE 的标准字段。TYPE 字段的作用是为相关的基本数据类型产生 Class
对象的一个句柄，如下所示：
。。。 is equivalent to 。。。
boolean。class Boolean。TYPE
char。class Character。TYPE
byte。class Byte。TYPE
short。class Short。TYPE
int。class Integer。TYPE
long。class Long。TYPE
float。class Float。TYPE
double。class Double。TYPE
void。class Void。TYPE
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11。1。2 造型前的检查
迄今为止，我们已知的 RTTI 形式包括：
（1） 经典造型，如〃（Shape）〃，它用 RTTI 确保造型的正确性，并在遇到一个失败的造型后产生一个
ClassCastException 违例。
（2） 代表对象类型的Class 对象。可查询Class 对象，获取有用的运行期资料。
在C＋＋中，经典的〃（Shape）〃造型并不执行RTTI 。它只是简单地告诉编译器将对象当作新类型处理。而Java
要执行类型检查，这通常叫作“类型安全”的下溯造型。之所以叫“下溯造型”，是由于类分层结构的历史
排列方式造成的。若将一个Circle （圆）造型到一个Shape （几何形状），就叫做上溯造型，因为�
