第21条：用函数对象表示策略

Posted 2021-01-27 remote

第21条：用函数对象表示策略

有些语言支持函数指针（function pointer）、代理（delegate）、lambda表达式（lambda expression），或者支持类似的机制，允许程序把“调用特殊函数的能力”存储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。

Java中没有提供函数指针，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（that object）上的某项操作。然而，我们也可能定义这样一种对象，它的方法执行其它对象（other object）（这些对象被显示传递给这些方法）上的操作。如果一个类仅仅导出这样的一个方法，它的实例实际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（function object）。例如考虑下面的类：

1 public class StringLengthComparator {
2     public int compare(String s1,String s2) {
3         return s1.length() - s2.length();
4     }
5 }

这个类导出一个带两个字符串参数的方法，这个方法是一个比较器，它根据长度来给字符串排序，而不是根据更常用的字典顺序。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（function pointer）”，可以在任意一对字符串上被调用。换句话说，StringLengthComparator实例就是用于字符串比较操作的具体策略（concrete strategy）。

作为典型的具体策略类，StringLengthComparator类是无状态的（stateless）：它没有域，所以这个类的所有实例在功能上都是相互等价的。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：

1 public class StringLengthComparator {
2     private StringLengthComparator() {};
3     public static final StringLengthComparator INSTANCE = 
4             new StringLengthComparator();
5     public int compare(String s1,String s2) {
6         return s1.length() - s2.length();
7     }
8 }

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，因为客户端将无法传递任何其他的比较策略。相反，我们要定义一个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），如下所示：

1 public interface Comparator<T> {
2     public int compare(T t1,T t2);
3 }

Comparator接口的这个定义也出现在java.util包中。Comparator接口是泛型的，因此它适合作为除字符串之外的其它对象的比较器，它的compare方法的两个参数类型为T（它正常的类型参数），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：

1 public class StringLengthComparator implements Comparator<String>{
2     private StringLengthComparator() {};
3     public static final StringLengthComparator INSTANCE = 
4             new StringLengthComparator();
5     public int compare(String s1,String s2) {
6         return s1.length() - s2.length();
7     }
8 }

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：

 1 String[] stringArray = new String[] {"remotes","result"};
 2 Arrays.sort(stringArray, new Comparator<String>() {
 3     @Override
 4     public int compare(String s1, String s2) {
 5         return s1.length() - s2.length();
 6     }
 7 });
 8 for (String string : stringArray) {
 9     System.out.println(string);
10 }

运行结果：

result
remotes

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域中，并重用它，这样做的好处是，可以为这个函数对象取一个有意义的域名称。

因为策略接口被用作所有具体策略实例的类型，所以我们并不需要为了导出具体策略，而把具体策略做成公有的。相反，“宿主类（host class）”还可以导出公有的静态域（或者静态工厂方法），其类型为策略接口，具体的策略接口类可以是宿主类的私有嵌套类。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：

 1 class Host{
 2     private static class StrLenCmp implements Comparator<String>,Serializable{
 3         @Override
 4         public int compare(String t1, String t2) {
 5             return t1.length() - t2.length();
 6         }
 7     }
 8     public static final Comparator<String> STRING_LENGTH_COMPARATOR = 
 9             new StrLenCmp();
10 }

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

简而言之，函数指针的主要用途就是实现策略（strategy）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，并且为每个具体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模类。当一个具体策略是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。