java - Java中的双重调度自动化

Question

我有两个接口(interface) Query 和 Filter(Query 是示例中的一个类，为了简化，我现在有 1 个查询)，我现在想要编写函数 Query.applyFilter() 取决于 Filter 是真实的是什么，即 NameFilter 和 DateFilter 和 every other 过滤器。

我的解决方案如下:

interface Filter {
    public abstract void modifyQuery(Query query);
};

class NameFilter implements Filter{
    public void modifyQuery(Query query){
        query.applyFilter(this);
    }
};

class DateFilter implements Filter{
    public void modifyQuery(Query query){
        query.applyFilter(this);
    }
};

class Query {
    public void applyFilter(Filter filter){
        filter.modifyQuery(this);
    }

    void applyFilter(NameFilter* filter) {
        //"applying NameFilter";
    }

    void applyFilter(DateFilter* filter) {
       //apply dateFilter
   }
}

那么好吧，我需要为每个 Filter 类重写 modifyQuery() 实现。

然后，我有解决方案如何在 C++ 中避免它:我们使用模板并在 modifyQuery() 中强制转换:

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <cstdio>
#include <vector>

using namespace std;

class Query;

class IFilter
{
public:
  virtual void modifyQuery(Query* query) = 0;
};

template <typename T>
class Filter : public IFilter
{
public:
  virtual void modifyQuery(Query* query);
};

class DateFilter;
class NameFilter;

class Query
{
public:

  void applyFilter(IFilter* filter)
  {
    cout << "applying Filter" << endl;
    filter->modifyQuery(this);
  }

  void applyFilter(NameFilter* filter)
  {
    cout << "applying NameFilter" << endl;
  }

  void applyFilter(DateFilter* filter)
  {
    cout << "applying DateFilter" << endl;
  }
};

template <typename T>
void Filter<T>::modifyQuery(Query* query)
{
  query->applyFilter(dynamic_cast<T*> (this));
}

class DateFilter : public Filter<DateFilter>
{
};

class NameFilter : public Filter<NameFilter>
{
};

int main()
{
  Query* query = new Query();
  IFilter* nameFilter = new NameFilter();
  IFilter* dateFilter = new DateFilter();

  std::vector<IFilter*> filterList;
  filterList.push_back(nameFilter);
  filterList.push_back(dateFilter);

  for (int i = 0; i < 2; ++i)
  {
    query->applyFilter(filterList[i]);
  }
  return 0;
}

DEMO

但我无法在 Java 中使用此解决方案，因为泛型的操作方式与模板不同。在 Java 中可以使用什么来避免复制粘贴？

Answer 1

在寻找正确的方法时，Java 不会考虑方法参数的运行时类型。 Java 只是对变量类型而不是值进行推理。

解决方案:

Java 6 注释可用于注释方法并实现多方法和值分派(dispatch)。所有这些都可以在运行时完成，无需任何特殊的编译或预处理，并且使用起来仍然相当用户友好。

我们需要引入两个“简单”的注解来进行注解:

Methods:这个方法实现了什么multimethod？

参数:我们应该分配什么值？

然后我们可以处理注释并构建一个实现特定多方法的方法列表。这个列表需要排序，以便最具体的方法排在最前面。 “最具体”意味着对于每个方法参数(从左到右)，参数类型/值更特殊(例如，它是一个子类或与指定值再次匹配)。调用多方法意味着调用最具体的适用方法。 “适用”意味着方法原型(prototype)与实际运行时参数相匹配，“最具体”意味着我们可以简单地搜索排序列表并找到第一个适用的。

注释处理可以封装在一个类中，然后可以在用户定义的方法中使用该类，该方法将使用实际的运行时参数简单地调用多方法调度代码。

实现

接口(interface)Multi实现了一个运行时方法注解，用于标记多方法:

package jmultimethod;

import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Target;

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Multi {

    public String value();
}

接口(interface) V 实现了一个运行时参数注释，用于指定调度值:

package jmultimethod;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Target(ElementType.PARAMETER)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface V {

    public String value();
}

Multimethod 代码如下:

package jmultimethod;

import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;

public class Multimethod {

    protected String name;
    protected final ArrayList<Method> methods = new ArrayList<Method>();
    protected final MethodComparator methodComparator = new MethodComparator();

    public Multimethod(String name, Class... classes) {
        this.name = name;
        for(Class c: classes) {
            add(c);
        }
    }

    public void add(Class c) {
        for(Method m: c.getMethods()) {
            for(Annotation ma: m.getAnnotations()) {
                if(ma instanceof Multi) {
                    Multi g = (Multi) ma;
                    if(this.name.equals(g.value())) {
                        methods.add(m);
                    }
                }
            }
        }
        sort();
    }

    protected void sort() {
        Method[] a = new Method[methods.size()];
        methods.toArray(a);
        Arrays.sort(a, methodComparator);
        methods.clear();
        for(Method m: a) {
            methods.add(m);
        }
    }

    protected class MethodComparator implements Comparator<Method> {
        @Override
        public int compare(Method l, Method r) {
            // most specific methods first 
            Class[] lc = l.getParameterTypes();
            Class[] rc = r.getParameterTypes();
            for(int i = 0; i < lc.length; i++) {
                String lv = value(l, i);
                String rv = value(r, i);
                if(lv == null) {
                    if(rv != null) {
                        return 1;
                    }
                }
                if(lc[i].isAssignableFrom(rc[i])) {
                    return 1;
                }
            }
            return -1;
        }
    }

    protected String value(Method method, int arg) {
        Annotation[] a = method.getParameterAnnotations()[arg];
        for(Annotation p: a) {
            if(p instanceof V) {
                V v = (V) p;
                return v.value();
            }
        }
        return null;
    }

    protected boolean isApplicable(Method method, Object... args) {
        Class[] c = method.getParameterTypes();
        for(int i = 0; i < c.length; i++) {
            // must be instanceof and equal to annotated value if present 
            if(c[i].isInstance(args[i])) {
                String v = value(method, i);
                if(v != null && !v.equals(args[i])) {
                    return false;
                }
            } else {
                if(args[i] != null || !Object.class.equals(c[i])) {
                    return false;
                }
            }
        }
        return true;
    }

    public Object invoke(Object self, Object... args) {
        Method m = null; // first applicable method (most specific)
        for(Method method: methods) {
            if(isApplicable(method, args)) {
                m = method;
                break;
            }
        }
        if(m == null) {
            throw new RuntimeException("No applicable method '" + name + "'.");
        }
        try {
            return m.invoke(self, args);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("Method invocation failed '" + name + "'.");
        }
    }
}

要使用多重方法，用户代码必须:

1. 用多方法名称注释方法，例如

   @Multi("myMultimethod")
   

2. 注释方法的名称可以是 Java 喜欢的任何名称。它很可能与多方法名称不同，因为某些方法可能具有足够相似的原型(prototype)以导致 Java 编译器的名称冲突(并且可能是因为编译器可能有 null 值问题)。此外，该方法应该对 Multimethod 类可见(例如公开)。

3. 通过创建 Multimethod 对象来处理注释，例如

    protected Multimethod mm = new Multimethod("myMultimethod", getClass());
   

4. 根据需要使用通用参数定义多方法“入口点”方法。此方法使用上面创建的 Multimethod 对象进行调度，例如

    public void myMultimethod(Object X, Object Y) {
      mm.invoke(this, X, Y);
   }
   

5. 然后，可以像调用任何普通 Java 方法一样调用多方法，例如

myMultimethod(1, null);

限制:

值分配仅适用于 Java 注释支持的值，例如字符串类型的值。

以下代码基于Multiple Dispatch example

package jmultimethod;

public class AsteroidTest {

    class Asteroid {}

    class Spaceship {}

    @Multi("collide")
    public void collideOO(Object X, Object Y) {
       log("?? Bang, what happened? ", X, Y);
    }

    @Multi("collide")
    public void collideAA(Asteroid X, Asteroid Y) {
        log("AA Look at the beautiful fireworks! ", X, Y);
    }

    @Multi("collide")
    public void collideAS(Asteroid X, Spaceship Y) {
        log("AS Is it fatal? ", X, Y);
    }

    @Multi("collide")
    public void collideSA(Spaceship X, Asteroid Y) {
        log("SA Is it fatal? ", X, Y);
    }

    @Multi("collide")
    public void collideSS(Spaceship X, Spaceship Y) {
        log("SS Who's fault was it? ", X, Y);
    }

    @Multi("collide")
    public void collide1S(String X, Spaceship Y) {
        log("1S any string? ", X, Y);
    }

    @Multi("collide")
    public void collide2S(@V("hi") String X, Spaceship Y) {
        log("2S 'hi' value? ", X, Y);
    }

    protected Multimethod mm = new Multimethod("collide", getClass());

    public void collide(Object X, Object Y) {
        mm.invoke(this, X, Y);
    }

    public void run() {
        Object A = new Asteroid();
        Object S = new Spaceship();
        collide(A, A);
        collide(A, S);
        collide(S, A);
        collide(S, S);
        collide(A, 1);
        collide(2, A);
        collide(S, 3);
        collide(4, S);
        collide(5, null);
        collide(null, null);
        collide("hi", S);
        collide("hello", S);
    }

    public void log(Object... args) {
        for(Object o: args) {
            if(o instanceof String) {
                System.out.print(" " + (String) o);
            } else {
                System.out.print(" " + o);
            }
        }
        System.out.println();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        AsteroidTest t = new AsteroidTest();
        t.run();
    }
}

程序输出(部分编辑以适应屏幕)是:

AA Look at the beautiful fireworks!  Asteroid@1f24bbbf Asteroid@1f24bbbf
AS Is it fatal?  Asteroid@1f24bbbf Spaceship@24a20892
SA Is it fatal?  Spaceship@24a20892 Asteroid@1f24bbbf
SS Who's fault was it?  Spaceship@24a20892 Spaceship@24a20892
?? Bang, what happened?  Asteroid@1f24bbbf 1
?? Bang, what happened?  2 Asteroid@1f24bbbf
?? Bang, what happened?  Spaceship@24a20892 3
?? Bang, what happened?  4 Spaceship@24a20892
?? Bang, what happened?  5 null
?? Bang, what happened?  null null
2S 'hi' value?  hi Spaceship@24a20892
1S any string?  hello Spaceship@24a20892