核心要點

• 面向?qū)ο笤O(shè)計中的子類型多態(tài)性是指系統(tǒng)定義一組契約或接口，然後由不同的子類型實現(xiàn)這些契約或接口的能力。這對於設(shè)計可擴展的系統(tǒng)至關(guān)重要，這些系統(tǒng)可以消費特定的契約，而無需檢查實現(xiàn)者是否屬於預(yù)期的類型。
• 本文通過開發(fā)一個可插入的緩存組件來演示子類型多態(tài)性的使用，該組件可以通過開發(fā)額外的緩存驅(qū)動程序來擴展以適應(yīng)用戶的需求。
• 緩存組件的一個關(guān)鍵特性是它能夠在運行時交換不同的緩存驅(qū)動程序，而無需更改任何客戶端代碼。這是通過定義一個緩存契約實現(xiàn)的，該契約隨後由不同的實現(xiàn)來遵守，從而利用了多態(tài)性的優(yōu)勢。
• 緩存組件可以在運行時切換後端，這突出了多態(tài)性在設(shè)計高度解耦模塊中的重要性。這允許在運行時輕鬆重新連接，而不會導(dǎo)致系統(tǒng)其他部分出現(xiàn)脆弱性或剛性相關(guān)問題。
• 子類型多態(tài)性不僅使系統(tǒng)更正交、更容易擴展，而且不易違反開放/封閉原則和“面向接口編程”原則等核心範(fàn)例。它是面向?qū)ο缶幊痰囊粋€基本方面，允許代碼的靈活性和可重用性。

許多人可能懷疑繼承和多態(tài)性在面向?qū)ο笤O(shè)計中的相關(guān)性嗎？可能很少，大多數(shù)可能是由於無知或思維狹隘。但這裡有一個小問題不容忽視。雖然理解繼承的邏輯很簡單，但在深入研究多態(tài)性的細節(jié)時，事情就變得更加困難了。 “多態(tài)性”這個術(shù)語本身就令人望而生畏，其學(xué)術(shù)定義充滿了多種不同的觀點，這使得更難以理解其背後的實際內(nèi)容。諸如參數(shù)多態(tài)性和特設(shè)多態(tài)性之類的周邊概念（通常通過方法覆蓋/重載實現(xiàn)）在某些編程語言中確實有其顯著的應(yīng)用領(lǐng)域，但在設(shè)計能夠消費特定契約（讀取抽象）的可擴展系統(tǒng)時，應(yīng)該放棄最後一種情況，而無需檢查實現(xiàn)者是否屬於預(yù)期的類型。簡而言之，大多數(shù)時候，在面向?qū)ο缶幊讨袑Χ鄳B(tài)性的任何通用引用都被隱含地認為是系統(tǒng)公開的一種能力，該能力用於定義一組契約或接口，而這些契約或接口又由不同的實現(xiàn)來遵守。這種“規(guī)範(fàn)的”多態(tài)性通常被稱為子類型多態(tài)性，因為接口的實現(xiàn)者被認為是它們的子類型，無論是否存在實際的層次結(jié)構(gòu)。正如人們可能預(yù)期的那樣，理解多態(tài)性的本質(zhì)只是學(xué)習(xí)過程的一半；另一半當(dāng)然是演示如何設(shè)計多態(tài)系統(tǒng)，使其能夠適應(yīng)相當(dāng)現(xiàn)實的情況，而不會陷入僅僅展示“一些漂亮的教學(xué)代碼”（在許多情況下，這是玩具代碼的廉價委婉說法）的陷阱。在本文中，我將向您展示如何通過開發(fā)一個可插入的緩存組件來利用多態(tài)性提供的優(yōu)點。核心功能以後可以擴展以滿足您的需求，方法是開發(fā)額外的緩存驅(qū)動程序。

定義組件的接口和實現(xiàn)

構(gòu)建可擴展緩存組件時，可供選擇的選項菜單絕非匱乏（如果您對此表示懷疑，只需看看一些流行框架背後的情況）。但是，在這裡，我提供的組件具有在運行時交換不同緩存驅(qū)動程序的巧妙能力，而無需修改任何客戶端代碼。那麼，如何在開發(fā)過程中不費太多力氣就能做到這一點呢？嗯，第一步應(yīng)該是……是的，定義一個隔離的緩存契約，稍後將由不同的實現(xiàn)來遵守，從而利用多態(tài)性的好處。在其最基本的層面上，上述契約如下所示：

<?php namespace LibraryCache;

interface CacheInterface
{
    public function set($id, $data);
    public function get($id);
    public function delete($id);
    public function exists($id);
}

CacheInterface 接口是一個骨架契約，它抽象了通用緩存元素的行為。有了接口，就可以輕鬆創(chuàng)建一些符合其契約的具體緩存實現(xiàn)。由於我想保持簡潔易懂，我設(shè)置的緩存驅(qū)動程序?qū)⒅皇且粋€精簡的二重奏：第一個使用文件系統(tǒng)作為緩存/獲取數(shù)據(jù)的底層後端，而第二個在幕後使用 APC 擴展。以下是基於文件的緩存實現(xiàn)：

<?php namespace LibraryCache;

class FileCache implements CacheInterface
{
    const DEFAULT_CACHE_DIRECTORY = 'Cache/';
    private $cacheDir;

    public function __construct($cacheDir = self::DEFAULT_CACHE_DIRECTORY) {
        $this->setCacheDir($cacheDir);
    }

    public function setCacheDir($cacheDir) {
        if (!is_dir($cacheDir)) {
            if (!mkdir($cacheDir, 0644)) {
                throw InvalidArgumentException('The cache directory is invalid.');
            }
        }
        $this->cacheDir = $cacheDir;
        return $this;
    }

    public function set($id, $data) {
        if (!file_put_contents($this->cacheDir . $id, serialize($data), LOCK_EX)) {
            throw new RuntimeException("Unable to cache the data with ID '$id'.");
        }
        return $this;
    }

    public function get($id) {
        if (!$data = unserialize(@file_get_contents($this->cacheDir . $id, false))) {
            throw new RuntimeException("Unable to get the data with ID '$id'.");
        }
        return $data;
    }

    public function delete($id) {
        if (!@unlink($this->cacheDir . $id)) {
            throw new RuntimeException("Unable to delete the data with ID '$id'.");
        }
        return $this;
    }

    public function exists($id) {
        return file_exists($this->cacheDir . $id);
    }
}

FileCache 類的驅(qū)動邏輯應(yīng)該很容易理解。到目前為止，這裡最相關(guān)的事情是它公開了一種整潔的多態(tài)行為，因為它忠實地實現(xiàn)了早期的 CacheInterface。雖然這種能力很甜蜜迷人，但就其本身而言，考慮到這裡的目標(biāo)是創(chuàng)建一個能夠在運行時切換後端的緩存組件，我不會為此大加讚賞。讓我們?yōu)榱私虒W(xué)目的而付出額外的努力，並使 CacheInterface 的另一個精簡實現(xiàn)栩栩如生。下面的實現(xiàn)遵守接口的契約，但這次是通過使用 APC 擴展捆綁的方法：

<?php namespace LibraryCache;

class ApcCache implements CacheInterface
{
    public function set($id, $data, $lifeTime = 0) {
        if (!apc_store($id, $data, (int) $lifeTime)) {
            throw new RuntimeException("Unable to cache the data with ID '$id'.");
        }
    }

    public function get($id) {
        if (!$data = apc_fetch($id)) {
            throw new RuntimeException("Unable to get the data with ID '$id'.");
        } 
        return $data;
    }

    public function delete($id) {
        if (!apc_delete($id)) {
            throw new RuntimeException("Unable to delete the data with ID '$id'.");
        }
    }

    public function exists($id) {
        return apc_exists($id);
    }
}

ApcCache 類不是您在職業(yè)生涯中見過的最炫的 APC 包裝器，它打包了從內(nèi)存中保存、檢索和刪除數(shù)據(jù)所需的所有功能。讓我們?yōu)槲覀冏约汗恼?，因為我們已?jīng)成功地實現(xiàn)了一個輕量級緩存模塊，其具體的後臺不僅可以由於其多態(tài)性而在運行時輕鬆交換，而且以後添加更多後臺也極其簡單。只需編寫另一個符合 CacheInterface 的實現(xiàn)即可。但是，我應(yīng)該強調(diào)的是，實際的子類型多態(tài)性是通過實現(xiàn)通過接口構(gòu)造定義的契約來實現(xiàn)的，這是一種非常普遍的方法。但是，沒有什麼可以阻止您不那麼正統(tǒng)，並通過切換一個聲明為一組抽象方法的接口（位於抽像類中）來獲得相同的結(jié)果。如果您感覺冒險並想走那條旁路，則可以如下重構(gòu)契約和相應(yīng)的實現(xiàn)：

<?php namespace LibraryCache;

interface CacheInterface
{
    public function set($id, $data);
    public function get($id);
    public function delete($id);
    public function exists($id);
}

<?php namespace LibraryCache;

class FileCache implements CacheInterface
{
    const DEFAULT_CACHE_DIRECTORY = 'Cache/';
    private $cacheDir;

    public function __construct($cacheDir = self::DEFAULT_CACHE_DIRECTORY) {
        $this->setCacheDir($cacheDir);
    }

    public function setCacheDir($cacheDir) {
        if (!is_dir($cacheDir)) {
            if (!mkdir($cacheDir, 0644)) {
                throw InvalidArgumentException('The cache directory is invalid.');
            }
        }
        $this->cacheDir = $cacheDir;
        return $this;
    }

    public function set($id, $data) {
        if (!file_put_contents($this->cacheDir . $id, serialize($data), LOCK_EX)) {
            throw new RuntimeException("Unable to cache the data with ID '$id'.");
        }
        return $this;
    }

    public function get($id) {
        if (!$data = unserialize(@file_get_contents($this->cacheDir . $id, false))) {
            throw new RuntimeException("Unable to get the data with ID '$id'.");
        }
        return $data;
    }

    public function delete($id) {
        if (!@unlink($this->cacheDir . $id)) {
            throw new RuntimeException("Unable to delete the data with ID '$id'.");
        }
        return $this;
    }

    public function exists($id) {
        return file_exists($this->cacheDir . $id);
    }
}

<?php namespace LibraryCache;

class ApcCache implements CacheInterface
{
    public function set($id, $data, $lifeTime = 0) {
        if (!apc_store($id, $data, (int) $lifeTime)) {
            throw new RuntimeException("Unable to cache the data with ID '$id'.");
        }
    }

    public function get($id) {
        if (!$data = apc_fetch($id)) {
            throw new RuntimeException("Unable to get the data with ID '$id'.");
        } 
        return $data;
    }

    public function delete($id) {
        if (!apc_delete($id)) {
            throw new RuntimeException("Unable to delete the data with ID '$id'.");
        }
    }

    public function exists($id) {
        return apc_exists($id);
    }
}

從上到下，這確實是一種多態(tài)方法，它與之前討論的方法針鋒相對。就我個人而言，這只是我個人的說法，我更喜歡使用接口構(gòu)造來定義契約，並且只在封裝幾個子類型共享的樣板實現(xiàn)時才使用抽像類。您可以選擇最適合您需求的方法。在這一點上，我可以放下帷幕，寫一些花哨的結(jié)束評論，誇誇我們令人印象深刻的編碼技巧，並吹噓我們緩存組件的靈活性，但這將是對我們的怠慢。當(dāng)存在一些能夠消費多個實現(xiàn)的客戶端代碼時，多態(tài)性會展現(xiàn)出其最具誘惑力的方面，而無需檢查這些實現(xiàn)是否是某種類型的實例，只要它們符合預(yù)期的契約即可。因此，讓我們通過將緩存組件連接到一個基本的客戶端視圖類來揭示該方面，這將允許我們毫不費力地進行一些整潔的 HTML 緩存。

將緩存驅(qū)動程序投入使用

通過我們的示例緩存模塊緩存 HTML 輸出非常簡單，我將在其他時間保存任何冗長的解釋。整個緩存過程可以簡化為一個簡單的視圖類，類似於以下這個：

<?php namespace LibraryCache;

abstract class AbstractCache
{
    abstract public function set($id, $data);
    abstract public function get($id);
    abstract public function delete($id);
    abstract public function exists($id);
}

<?php namespace LibraryCache;

class FileCache extends AbstractCache
{
    // the same implementation goes here
}

最炫的傢伙是類的構(gòu)造函數(shù)，它使用早期的 CacheInterface 的實現(xiàn)者，以及 render() 方法。由於最後一個方法的職責(zé)是在視圖的模板被推送到輸出緩衝區(qū)後緩存它，因此利用此能力並緩存整個 HTML 文檔會非常不錯。假設(shè)視圖的默認模板具有以下結(jié)構(gòu)：

<?php namespace LibraryCache;

class ApcCache extends AbstractCache
{
    // the same implementation goes here 
}

現(xiàn)在，讓我們玩得開心一些，通過向視圖提供 ApcCache 類的實例來緩存文檔：

<?php namespace LibraryView;

interface ViewInterface
{
    public function setTemplate($template);
    public function __set($field, $value);
    public function __get($field);
    public function render();
}

很不錯，對吧？但是等等！我太興奮了，忘記提到上面的代碼片段會在任何未安裝 APC 擴展的系統(tǒng)上爆炸（調(diào)皮的系統(tǒng)管理員！）。這是否意味著精心製作的緩存模塊不再可重用？這正是基於文件的驅(qū)動程序發(fā)揮作用的地方，它可以放入客戶端代碼中而不會收到任何投訴：

<?php namespace LibraryView;
use LibraryCacheCacheInterface;

class View implements ViewInterface
{
    const DEFAULT_TEMPLATE = 'default';    
    private $template;
    private $fields = array();
    private $cache;

    public function __construct(CacheInterface $cache, $template = self::DEFAULT_TEMPLATE) {
        $this->cache = $cache;
        $this->setTemplate($template);
    }

    public function setTemplate($template) {
        $template = $template . '.php';
        if (!is_file($template) || !is_readable($template)) {
            throw new InvalidArgumentException(
                "The template '$template' is invalid.");   
        }
        $this->template = $template;
        return $this;
    }

    public function __set($name, $value) {
        $this->fields[$name] = $value;
        return $this;
    }

    public function __get($name) {
        if (!isset($this->fields[$name])) {
            throw new InvalidArgumentException(
                "Unable to get the field '$field'.");
        }
        return $this->fields[$name];
    }

    public function render() {
        try {
            if (!$this->cache->exists($this->template)) {
                extract($this->fields);
                ob_start();
                include $this->template;
                $this->cache->set($this->template, ob_get_clean());
            }
            return $this->cache->get($this->template);
        }
        catch (RuntimeException $e) {
            throw new Exception($e->getMessage());
        } 
    }
}

上面的單行代碼明確聲明視圖將使用文件系統(tǒng)而不是共享內(nèi)存來緩存其輸出。這種動態(tài)切換緩存後端簡明地說明了為什麼多態(tài)性在設(shè)計高度解耦的模塊時如此重要。它允許我們在運行時輕鬆地重新連接事物，而不會將脆弱性/剛性相關(guān)的偽影傳播到我們系統(tǒng)的其他部分。

結(jié)束語

在使理解該概念變得難以捉摸的大量正式定義的壓迫下，多態(tài)性確實是生活中那些美好的事物之一，一旦您理解了它，就會讓您想知道您如何在沒有它的情況下繼續(xù)這麼長時間。多態(tài)系統(tǒng)本質(zhì)上更正交、更容易擴展，並且不太容易違反開放/封閉原則和明智的“面向接口編程”原則等核心範(fàn)例。儘管相當(dāng)原始，但我們的緩存模塊是這些優(yōu)點的突出示例。如果您尚未重構(gòu)您的應(yīng)用程序以利用多態(tài)性帶來的好處，那麼您最好快點，因為您錯過了大獎！ 圖片來自 Fotolia

關(guān)於子類型多態(tài)性的常見問題解答 (FAQ)

子類型多態(tài)性和參數(shù)多態(tài)性的主要區(qū)別是什麼？

子類型多態(tài)性，也稱為包含多態(tài)性，是一種多態(tài)性形式，其中一個名稱表示許多不同類別的實例，這些類別通過某個公共超類相關(guān)聯(lián)。另一方面，參數(shù)多態(tài)性允許函數(shù)或數(shù)據(jù)類型以相同的方式處理值，而無需依賴其類型。參數(shù)多態(tài)性是一種使語言更具表達力同時保持完全靜態(tài)類型安全性的方法。

子類型多態(tài)性在 Java 中是如何工作的？

在 Java 中，子類型多態(tài)性是通過使用繼承和接口來實現(xiàn)的。超類引用變量可以指向子類對象。這允許 Java 在運行時決定調(diào)用哪個方法，這被稱為動態(tài)方法調(diào)度。它是 Java 的強大功能之一，使它能夠支持動態(tài)多態(tài)性。

你能提供子類型多態(tài)性的一個例子嗎？

當(dāng)然，讓我們考慮一下 Java 中的一個簡單示例。假設(shè)我們有一個名為“Animal”的超類和兩個子類“Dog”和“Cat”。 “Dog”和“Cat”類都重寫了“Animal”類的“sound”方法?，F(xiàn)在，如果我們創(chuàng)建一個“Animal”引用指向“Dog”或“Cat”對象並調(diào)用“sound”方法，Java 將在運行時決定調(diào)用哪個類的“sound”方法。這是一個子類型多態(tài)性的例子。

子類型多態(tài)性在編程中的意義是什麼？

子類型多態(tài)性是面向?qū)ο缶幊痰囊粋€基本方面。它允許代碼的靈活性和可重用性。使用子類型多態(tài)性，您可以為一組類設(shè)計一個通用接口，然後使用此接口以統(tǒng)一的方式與這些類的對象交互。這將導(dǎo)致更簡潔、更直觀和更易於維護的代碼。

子類型多態(tài)性與 Liskov 替換原則有什麼關(guān)係？

Liskov 替換原則 (LSP) 是面向?qū)ο笤O(shè)計的一個原則，它指出，如果程序正在使用基類，則它應(yīng)該能夠使用任何其子類，而無需程序知道它。換句話說，超類的對象應(yīng)該能夠被子類的對象替換，而不會影響程序的正確性。子類型多態(tài)性是 LSP 的直接應(yīng)用。

所有編程語言都支持子類型多態(tài)性嗎？

不，並非所有編程語言都支持子類型多態(tài)性。它主要是靜態(tài)類型面向?qū)ο缶幊陶Z言（如 Java、C 和 C#）的一個特性。像 Python 和 JavaScript 這樣的動態(tài)類型語言具有不同形式的多態(tài)性，稱為鴨子類型。

靜態(tài)多態(tài)性和動態(tài)多態(tài)性有什麼區(qū)別？

靜態(tài)多態(tài)性，也稱為編譯時多態(tài)性，是通過方法重載實現(xiàn)的。關(guān)於調(diào)用哪個方法的決定是在編譯時做出的。另一方面，動態(tài)多態(tài)性，也稱為運行時多態(tài)性，是通過方法重寫實現(xiàn)的。關(guān)於調(diào)用哪個方法的決定是在運行時做出的。子類型多態(tài)性是一種動態(tài)多態(tài)性。

你能解釋子類型多態(tài)性中向上轉(zhuǎn)換的概念嗎？

向上轉(zhuǎn)換是將派生類對象視為基類對象的過程。它是子類型多態(tài)性的一個關(guān)鍵方面。當(dāng)您向上轉(zhuǎn)換派生類對象時，您可以調(diào)用基類中定義的任何方法。但是，如果該方法在派生類中被重寫，則將調(diào)用重寫版本。

在子類型多態(tài)性的上下文中，向下轉(zhuǎn)換是什麼？

向下轉(zhuǎn)換與向上轉(zhuǎn)換相反。它是將超類對象轉(zhuǎn)換為子類的過程。當(dāng)您需要訪問僅存在於子類中的方法時，可以使用向下轉(zhuǎn)換。但是，向下轉(zhuǎn)換可能很危險，因為它如果被轉(zhuǎn)換的對象實際上不具有您要轉(zhuǎn)換到的類型，則可能導(dǎo)致 ClassCastException。

子類型多態(tài)性如何促進代碼的可重用性？

子類型多態(tài)性允許我們編寫更通用和可重用的代碼。通過使用超類引用來與子類對象交互，我們可以編寫適用於各種對象的代碼，只要它們都屬於同一個超類的子類即可。這意味著我們可以添加新的子類，而無需更改使用超類的代碼，這使得我們的代碼更靈活、更容易維護。

以上是亞型多態(tài)性 - 運行時交換實現(xiàn)的詳細內(nèi)容。更多資訊請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！