【正文】 類型的對象。用于解決特定問題的新型對象容納了指向其他對象的句柄。當然，也可以用數(shù)組來做同樣的事情，那是大多數(shù)語言都具有的一種功能。但不能只看到這一點。這種新對象通常叫作“集合”（亦叫作一個“容器”，但AWT在不同的場合應(yīng)用了這個術(shù)語，所以本書將一直沿用“集合”的稱呼。在需要的時候，集合會自動擴充自己，以便適應(yīng)我們在其中置入的任何東西。所以我們事先不必知道要在一個集合里容下多少東西。只需創(chuàng)建一個集合，以后的工作讓它自己負責(zé)好了。幸運的是，設(shè)計優(yōu)良的OOP語言都配套提供了一系列集合。在C++中，它們是以“標準模板庫”（STL）的形式提供的。Object Pascal用自己的“可視組件庫”（VCL）提供集合。Smalltalk提供了一套非常完整的集合。而Java也用自己的標準庫提供了集合。在某些庫中，一個常規(guī)集合便可滿足人們的大多數(shù)要求；而在另一些庫中（特別是C++的庫），則面向不同的需求提供了不同類型的集合。例如，可以用一個矢量統(tǒng)一對所有元素的訪問方式；一個鏈接列表則用于保證所有元素的插入統(tǒng)一。所以我們能根據(jù)自己的需要選擇適當?shù)念愋?。其中包括集、隊列、散列表、樹、堆棧等等。所有集合都提供了相?yīng)的讀寫功能。將某樣?xùn)|西置入集合時，采用的方式是十分明顯的。有一個叫作“推”（Push）、“添加”（Add）或其他類似名字的函數(shù)用于做這件事情。但將數(shù)據(jù)從集合中取出的時候，方式卻并不總是那么明顯。如果是一個數(shù)組形式的實體，比如一個矢量（Vector），那么也許能用索引運算符或函數(shù)。但在許多情況下，這樣做往往會無功而返。此外，單選定函數(shù)的功能是非常有限的。如果想對集合中的一系列元素進行操縱或比較，而不是僅僅面向一個，這時又該怎么辦呢？辦法就是使用一個“繼續(xù)器”（Iterator），它屬于一種對象，負責(zé)選擇集合內(nèi)的元素，并把它們提供給繼承器的用戶。作為一個類，它也提供了一級抽象。利用這一級抽象，可將集合細節(jié)與用于訪問那個集合的代碼隔離開。通過繼承器的作用，集合被抽象成一個簡單的序列。繼承器允許我們遍歷那個序列，同時毋需關(guān)心基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是什么——換言之，不管它是一個矢量、一個鏈接列表、一個堆棧，還是其他什么東西。這樣一來，我們就可以靈活地改變基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不會對程序里的代碼造成干擾。Java最開始（）提供的是一個標準繼承器，名為Enumeration（枚舉），為它的所有集合類提供服務(wù)。Java ，其中包含了一個名為Iterator的繼承器，可以做比老式的Enumeration更多的事情。從設(shè)計角度出發(fā)，我們需要的是一個全功能的序列。通過對它的操縱，應(yīng)該能解決自己的問題。如果一種類型的序列即可滿足我們的所有要求，那么完全沒有必要再換用不同的類型。有兩方面的原因促使我們需要對集合作出選擇。首先，集合提供了不同的接口類型以及外部行為。堆棧的接口與行為與隊列的不同，而隊列的接口與行為又與一個集（Set）或列表的不同。利用這個特征，我們解決問題時便有更大的靈活性。其次，不同的集合在進行特定操作時往往有不同的效率。最好的例子便是矢量（Vector）和列表（List）的區(qū)別。它們都屬于簡單的序列，擁有完全一致的接口和外部行為。但在執(zhí)行一些特定的任務(wù)時，需要的開銷卻是完全不同的。對矢量內(nèi)的元素進行的隨機訪問（存取）是一種常時操作；無論我們選擇的選擇是什么，需要的時間量都是相同的。但在一個鏈接列表中，若想到處移動，并隨機挑選一個元素，就需付出“慘重”的代價。而且假設(shè)某個元素位于列表較遠的地方，找到它所需的時間也會長許多。但在另一方面，如果想在序列中部插入一個元素，用列表就比用矢量劃算得多。這些以及其他操作都有不同的執(zhí)行效率，具體取決于序列的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是什么。在設(shè)計階段，我們可以先從一個列表開始。最后調(diào)整性能的時候，再根據(jù)情況把它換成矢量。由于抽象是通過繼承器進行的，所以能在兩者方便地切換，對代碼的影響則顯得微不足道。最后，記住集合只是一個用來放置對象的儲藏所。如果那個儲藏所能滿足我們的所有需要，就完全沒必要關(guān)心它具體是如何實現(xiàn)的（這是大多數(shù)類型對象的一個基本概念）。如果在一個編程環(huán)境中工作，它由于其他因素（比如在Windows下運行，或者由垃圾收集器帶來了開銷）產(chǎn)生了內(nèi)在的開銷，那么矢量和鏈接列表之間在系統(tǒng)開銷上的差異就或許不是一個大問題。我們可能只需要一種類型的序列。甚至可以想象有一個“完美”的集合抽象，它能根據(jù)自己的使用方式自動改變基層的實現(xiàn)方式。2 單根結(jié)構(gòu)在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計中，由于C++的引入而顯得尤為突出的一個問題是：所有類最終是否都應(yīng)從單獨一個基礎(chǔ)類繼承。在Java中（與其他幾乎所有OOP語言一樣），對這個問題的答案都是肯定的，而且這個終級基礎(chǔ)類的名字很簡單，就是一個“Object”。這種“單根結(jié)構(gòu)”具有許多方面的優(yōu)點。單根結(jié)構(gòu)中的所有對象都有一個通用接口，所以它們最終都屬于相同的類型。另一種方案（就象C++那樣）是我們不能保證所有東西都屬于相同的基本類型。從向后兼容的角度看，這一方案可與C模型更好地配合，而且可以認為它的限制更少一些。但假期我們想進行純粹的面向?qū)ο缶幊?，那么必須?gòu)建自己的結(jié)構(gòu)，以期獲得與內(nèi)建到其他OOP語言里的同樣的便利。需添加我們要用到的各種新類庫，還要使用另一些不兼容的接口。理所當然地，這也需要付出額外的精力使新接口與自己的設(shè)計方案配合（可能還需要多重繼承）。為得到C++額外的“靈活性”，付出這樣的代價值得嗎？當然，如果真的需要——如果早已是C專家，如果對C有難舍的情結(jié)——那么就真的很值得。但假如你是一名新手，首次接觸這類設(shè)計，象Java那樣的替換方案也許會更省事一些。單根結(jié)構(gòu)中的所有對象（比如所有Java對象）都可以保證擁有一些特定的功能。在自己的系統(tǒng)中，我們知道對每個對象都能進行一些基本操作。一個單根結(jié)構(gòu)，加上所有對象都在內(nèi)存堆中創(chuàng)建，可以極大簡化參數(shù)的傳遞（這在C++里是一個復(fù)雜的概念）。利用單根結(jié)構(gòu)，我們可以更方便地實現(xiàn)一個垃圾收集器。與此有關(guān)的必要支持可安裝于基礎(chǔ)類中，而垃圾收集器可將適當?shù)南l(fā)給系統(tǒng)內(nèi)的任何對象。如果沒有這種單根結(jié)構(gòu)，而且系統(tǒng)通過一個句柄來操縱對象，那么實現(xiàn)垃圾收集器的途徑會有很大的不同，而且會面臨許多障礙。由于運行期的類型信息肯定存在于所有對象中，所以永遠不會遇到判斷不出一個對象的類型的情況。這對系統(tǒng)級的操作來說顯得特別重要，比如違例控制；而且也能在程序設(shè)計時獲得更大的靈活性。3 集合庫與方便使用集合由于集合是我們經(jīng)常都要用到的一種工具，所以一個集合庫是十分必要的，它應(yīng)該可以方便地重復(fù)使用。這樣一來，我們就可以方便地取用各種集合，將其插入自己的程序。Java提供了這樣的一個庫，盡管它在Java （Java ）。下溯造型與模板／通用性為了使這些集合能夠重復(fù)使用，或者“再生”，Java提供了一種通用類型，以前曾把它叫作“Object”。單根結(jié)構(gòu)意味著、所有東西歸根結(jié)底都是一個對象”！所以容納了Object的一個集合實際可以容納任何東西。這使我們對它的重復(fù)使用變得非常簡便。為使用這樣的一個集合，只需添加指向它的對象句柄即可，以后可以通過句柄重新使用對象。但由于集合只能容納Object，所以在我們向集合里添加對象句柄時，它會上溯造型成Object，這樣便丟失了它的身份或者標識信息。再次使用它的時候，會得到一個Object句柄，而非指向我們早先置入的那個類型的句柄。所以怎樣才能歸還它的本來面貌，調(diào)用早先置入集合的那個對象的有用接口呢？在這里，我們再次用到了造型（Cast）。但這一次不是在分級結(jié)構(gòu)中上溯造型成一種更“通用”的類型。而是下溯造型成一種更“特殊”的類型。這種造型方法叫作“下溯造型”（Downcasting）。舉個例子來說，我們知道在上溯造型的時候，Circle（圓）屬于Shape（幾何形狀）的一種類型，所以上溯造型是安全的。但我們不知道一個Object到底是Circle還是Shape，所以很難保證下溯造型的安全進行，除非確切地知道自己要操作的是什么。但這也不是絕對危險的，因為假如下溯造型成錯誤的東西，會得到我們稱為“違例”（Exception）的一種運行期錯誤。我們稍后即會對此進行解釋。但在從一個集合提取對象句柄時，必須用某種方式準確地記住它們是什么，以保證下溯造型的正確進行。下溯造型和運行期檢查都要求花額外的時間來運行程序，而且程序員必須付出額外的精力。既然如此，我們能不能創(chuàng)建一個“智能”集合，令其知道自己容納的類型呢？這樣做可消除下溯造型的必要以及潛在的錯誤。答案是肯定的，我們可以采用“參數(shù)化類型”，它們是編譯器能自動定制的類，可與特定的類型配合。例如，通過使用一個參數(shù)化集合，編譯器可對那個集合進行定制，使其只接受Shape，而且只提取Shape。參數(shù)化類型是C++一個重要的組成部分，這部分是C++沒有單根結(jié)構(gòu)的緣故。在C++中，用于實現(xiàn)參數(shù)化類型的關(guān)鍵字是template（模板）。Java目前尚未提供參數(shù)化類型，因為由于使用的是單根結(jié)構(gòu)，所以使用它顯得有些笨拙。但這并不能保證以后的版本不會實現(xiàn)，因為“generic”這個詞已被Java“保留到將來實現(xiàn)”（在Ada語言中，“generic”被用來實現(xiàn)它的模板）。Java采取的這種關(guān)鍵字保留機制其實經(jīng)常讓人摸不著頭腦，很難斷定以后會發(fā)生什么事情。