三谈多态——善用virtual
作者：Nicrosoft（nicrosoft@sunistudio.com） —— 2002.4.30
出处：东日软件开发网络（SSDN） http://www.ssdn.net
多态性，是一种能给程序带来灵活性的东西。看过《设计模式》的程序员应该都知道，相当多的模式（几乎所有）都是依靠多态来实现的，以此给程序提供可扩展、可重用性。在《再谈多态——向上映射及VMT／DMT》一文中，提到了多态性是依赖于虚函数／虚方法（即动态绑定）来实现的，也介绍了虚函数／虚方法（virtual）的实现方法。那么本文就来谈一下，如何使用virtual、善用virtual来获取多态性给我们带来的灵活性。
实例是最好的教材，因此本文还是假设一个需求，写一个实例来讲解。不过，我想没有必要给出所有源码，因此在本文中有些实现的代码会粗略带过。另外，本文所有代码均为Object Pascal语言编写，实现环境为Delphi。
另外，由于“方法（Method）”一词已经成为Object Pascal的术语，因此，以下称成员函数都为“方法”。也许C++程序员会不太适应这样的称呼（呵呵，我自己也不太适应），见谅吧。
假设我们要编写一个纯文本内的编辑器，也就是记事本（呵呵，别嫌例子老套，记事本程序在相当多方面都是很好的教材），编辑控件我们一般会用TMemo或TRichEdit，但是它们的功能都不甚强大，也许我们目前没有，但日后会找到一个更好的第三方文本编辑控件（比如，支持语法着色的）。因此，我们必须为未来的改进留下方便之门，否则到时候再重写全部程序真是太傻了。
界面层（菜单响应、状态显示等）对文本编辑器控件的控制的代码对于所有编辑器来说都是类似的，应该可以被重用。那么就必须将界面层的代码与编辑器控件的控制代码隔离开来。
如何隔离？我们可以为所有的编辑器控件指定一个公共的接口（抽象类），界面层只看得到这个接口，只使用接口提供的功能，那么，我们更换任何编辑器控件时，都不必更改界面层的代码了。
首先，抽象出编辑器的基本操作，如：Load（打开文本）、Save（保存到文件）、Copy（复制到剪贴板）等等，将这些操作作为public方法。其次，考虑这些操作中有哪些会涉及到具体相关控件的，对于这些操作，你有两种选择：1、如果完全依赖控件本身的，可以选择将其定义为虚方法或抽象虚方法（即C++中的纯虚函数）；2、如果只是有部分代码依赖控件本身的，将这部分操作抽象到一个protected的抽象虚方法中，而将相同的部分代码写在基类中，并由基类的方法中调用protected的抽象虚方法。
如果还没有完全明白，请看代码：
TEditor = class // 抽象基类
private
m_FileName : String;
protected
function DoLoad(FileName : String) : Boolean; virtual; abstract;
public
function Load(FileName : String) : Boolean;
function Save() : Boolean;
function SaveAs(FileName : String) : Boolean; virtual; abstract;
// ... 其他需要的操作，由需求而定
end;
好，我们来详细说明一下TEditor为什么是这个样子的。其有一个私有成员，保存编辑器所对应的文件名。然后看public部分，它至少提供了三个操作：Load——从某文件中读取文本到编辑器；Save——将文本保存到文件，文件名为m_FileName所保存的；SaveAs——以指定的一个文件名保存文本。
三个操作中，SaveAs为抽象虚方法，因为它的实际动作与每个编辑控件相关，而基类本身并不知道该如何保存文件。
Save和Load都是非虚方法，其中Save的任务很简单，就是将文本以m_FileName所保存的文件名保存，其实现可以是调用抽象的SaveAs，只需要将文件名传给SaveAs即可。基类完全可以确定如何完成Save（因为它可以保证派生类实现了SaveAs），因此其为非虚方法。
而Load呢？Load操作的步骤是：1、将文本从文件中读取到编辑器控件中；2、将m_FileName的值设置为所读取的文件名。其中第一个步骤与具体编辑器控件相关，应该是由派生类去实现它，第二个步骤派生类无法实现，因为派生类看不到私有的m_FileName成员。但即使把m_FileName移到protected节中，以使派生类可以访问它，也并非好办法，因为这样的话，在实现每个派生类时，都要记住设置m_FileName的值，这不仅造成代码重复（每个派生类都要这样做），而且这不应该是派生类的义务。因为m_FileName应该是基类的内部实现，对外不可见。因此，第二个步骤应该由基类来完成。如何达成这个目的呢？
我们可以注意到，protected节中有一个DoLoad方法，它就被用来完成第一个步骤——每个编辑器控件去将文本读入编辑器。然后，DoLoad由Load方法中被选择在适当的时机调用。
基类的实现如下：
function TEditor.Load(FileName : String) : Boolean;
begin
Result := DoLoad(FileName);
if Result then
m_FileName := FileName;
end;
function TEditor.Save() : Boolean;
begin
SaveAs(m_FileName); // 调用抽象的 SaveAs
end;
接着，我们使用TMemo来实现一个编辑器类：
TMemoEditor = class(TEditor)
private
m_Editor : TMemo;
protected
function DoLoad(FileName : String) : Boolean; override;
public
constructor Create();
destrcutor Destroy(); override;
function SaveAs(FileName : String) : Boolean; override;
// ...其它需要的操作
end;
在该派生类中，有一个私有成员，即TMemo控件的实例。然后覆盖（override）了基类的两个抽象虚方法：DoLoad和Save。
其实现如下：
function TMemoEditor.Create();
begin
// 创建TMemo实例
m_Editor := TMemo.Create(nil);
// 接着完成将TMemo实例置于界面上显示出来等操作，省略
end;
function TMemoEditor.Destroy();
begin
// 其他清理工作
m_Editor.Free();
m_Editor := nil;
end;
function TMemoEditor.DoLoad(FileName : String) : Boolean;
begin
Result := false;
try
m_Editor.LoadFromFile(FileName);
except end;
Result := true;
end;
function TMemoEditor.SaveAs(FileName : String) : Boolean;
begin
Result := false;
try
m_Editor.SaveToFile(FileName);
except end;
Result := true;
end;
很好，这样的实现已经可以使个部分运作正常了。如果，今后找到更好的编辑器控件，只需要从TEditor派生，再实现一个TXXXEditor类即可，其他部分的代码不用作任何改动。而且，具体实现的TXXXEditor类中的代码，只和具体控件本身特性相关（如：读取、保存文件的方法），而公共逻辑也已经在TEditor类中实现了。
virtual的使用方法，基于笔者个人认识与经验：
1、如果基类不知道如何实现某方法（只有派生类知道），而基类的其他方法又必须使用该方法，则把该方法声明为抽象虚方法—— virtual; abstract;（即C++的纯虚函数）。
2、如果基类能够为某方法提供一种默认实现，但派生类可能完全重写这个实现，则将该方法声明为虚方法—— virtual;并实现默认算法。
3、如果基类能够且必须提供某方法的部分的实现，而派生类必须提供另一部份的实现，则将该方法声明为非虚方法，并在基类中为其配套提供一个虚方法或抽象虚方法，以允许由基类本身调用和被派生类覆盖。犹如上例中的Load与DoLoad。
善用virtual，善用多态，你的代码将更具灵活性！