进行面向对象的设计时,一项基本的考虑是:如何将发生变化的东西与保持不变的东西分隔开。
这一点对于库来说是特别重要的。那个库的用户(客户程序员)必须能依赖自己使用的那一部分,并知道一旦新版本的库出台,自己不需要改写代码。而与此相反,库的创建者必须能自由地进行修改与改进,同时保证客户程序员代码不会受到那些变动的影响。
作为一名库设计者,应将所有东西都尽可能保持为“private”(私有),并只
展示出那些想让客户程序员使用的方法。
然而,组件库以及控制谁能访问那个库的组件的概念现在仍不是完整的。仍存在这样一个问题:如何将组件绑定到单独一个统一的库单元里。这是通过Java的package(打包)关键字来实现的,而且访问指示符要受到类在相同的包还是在不同的包里的影响。
1. package:库单元
为Java创建一个源码文件的时候,它通常叫作一个“编辑单元”(有时也叫作“翻译单元”)。每个编译单元都必须有一个以.java结尾的名字。而且在编译单元的内部,可以有一个公共(public)类,它必须拥有与文件相同的名字(包括大小写形式,但排除.java文件扩展名)。如果不这样做,编译器就会报告出错。每个编译单元内都只能有一个public类(同样地,否则编译器会报告出错)。那个编译单元剩下的类(如果有的话)可在那个包外面的世界面前隐藏起来,因为它们并非“公共”的(非public),而且它们是主public类的“支撑”类。
编译一个.java文件时,我们会获得一个名字完全相同的输出文件;但对于.java文件中的每个类,它们都有一个.class扩展名。因此,我们最终从少量的.java文件里有可能获得数量众多的.class文件。
一个有效的程序就是一系列.class文件,它们可以封装和压缩到一个JAR文件里(使用jar工具)。Java解释器负责对这些文件的寻找、装载和解释。
“库”也由一系列类文件构成。每个文件都有一个public类(并没强迫使用一个public类,但这种情况最很典型的),所以每个文件都有一个组件。如果想将所有这些组件(它们在各自独立的.java和.class文件里)都归纳到一起,那么package关键字就可以发挥作用)。
作为一名库设计者,一定要记住package和import关键字允许我们做的事情就是分割单个全局命名空间,保证我们不会遇到名字的冲突——无论有多少人使用因特网,也无论多少人用Java编写自己的类。
1.1 创建独一无二的包名
最合理的一种做法就是将某个特定包使用的所有.class文件都置入单个目录里。也就是说,我们要利用操作系统的分级文件结构避免出现混乱局面。这正是Java所采取的方法。 它同时也解决了另两个问题:
创建独一无二的包名以及找出那些可能深藏于目录结构某处的类。
创建独一无二的包名
由于因特网域名肯定是独一无二的(由InterNIC保证,它控制着域名的分配),所以假如按这一约定行事,package的名称就肯定不会重复,所以永远不会遇到名称冲突的问题。
如决定发行自己的Java代码,那么强烈推荐去申请自己的域名,它所需的费用是非常低廉的。
找出那些可能深藏于目录结构某处的类
是将package名解析成自己机器上的一个目录。这样一来,Java程序运行并需要装载.class文件的时候(这是动态进行的,在程序需要创建属于那个类的一个对象,或者首次访问那个类的一个static成员时),它就可以找到.class文件驻留的那个目录。
Java解释器的工作程序如下:
- 首先,它找到环境变量CLASSPATH(将Java或者具有Java解释能力的工具——如浏览器——安装到机器中时,通过操作系统进行设定)。CLASSPATH包含了一个或多个目录,它们作为一种特殊的“根”使用,从这里展开对.class文件的搜索。
- 从那个根开始,解释器会寻找包名,并将每个点号(句点)替换成一个斜杠,从而生成从CLASSPATH根开始的一个路径名(所以package foo.bar.baz会变成foo\bar\baz或者foo/bar/baz;具体是正斜杠还是反斜杠由操作系统决定)。
- 随后将它们连接到一起,成为CLASSPATH内的各个条目(入口)。以后搜索.class文件时,就可从这些地方开始查找与准备创建的类名对应的名字。
- 此外,它也会搜索一些标准目录——这些目录与Java解释器驻留的地方有关。
自动编译
为导入的类首次创建一个对象时(或者访问一个类的static成员时),编译器会在适当的目录里寻找同名的.class文件(所以如果创建类X的一个对象,就应该是X.class)。如果它在相同的目录中还发现了一个X.java,编译器就会比较两个文件的日期标记。如果X.java比X.class新,就会自动编译X.java,生成一个最新的X.class。
冲突
若通过 * 导入了两个库,而且它们包括相同的名字,使用时需要完整指定名字的位置。
1.2 自定义工具类
CLASSPATH的陷阱
特别是对于早期的Java实现方案来说,类路径的正确设定通常都是很困难的一项工作。
使用了一个不同的类P。由于它作为一个工具使用,所以有时候会进入类路径里;另一些时候则不会这样。但只要它进入类路径,那么假若执行的程序需要寻找com.bruceeckel.tools中的类,Java首先发现的就是CodePackager.java中的P(那甚至不是public的)。此时,编译器会报告一个特定的方法没有找到。
考察import语句,就会发现它只是说:“在这里可能发现了P”。然而,我们假定的是编译器搜索自己类路径的任何地方,所以一旦它发现一个P,就会使用它;若在搜索过程中发现了“错误的”一个,它就会停止搜索。这与我们在前面表述的稍微有些区别,因为存在一些讨厌的类,它们都位于包内。而这里有一个不在包内的P,但仍可在常规的类路径搜索过程中找到。
如果您遇到象这样的情况,请务必保证对于类路径的每个地方,每个名字都仅存在一个类。
1.3 利用导入改变行为
Alen Holub(www.holub.com)提出了利用包(package)来模仿条件编译的概念。根据这一概念,它创建了C“断定机制”一个非常有用的Java版本。之所以叫作“断言机制”,是由于我们可以说“它应该为真”或者“它应该为假”。如果语句不同意你的断言,就可以发现相关的情况。这种工具在调试过程中是特别有用的。
2.Java访问指示符
2.1 friendly
默认的访问没有关键字,但它通常称为friendly访问。这意味着当前包内的其他所有类都能访问friendly成员,但对包外的所有类来说,这些成员却是Private的,外界不得访问。由于一个编译单元(一个文件)只能从属于单个包,所以单个编译单元内的所有类相互间都是自动“友好”的。因此,我们也说友好元素拥有“包访问”权限。
友好访问允许我们将相关的类都组合到一个包里,使它们相互间方便地进行沟通。
为获得对一个访问权限,唯一的方法就是:
- (1) 使成员成为“public”(公共的)。这样所有人从任何地方都可以访问它。
- (2) 变成一个“友好”成员,方法是舍弃所有访问指示符,并将其类置于相同的包内。这样一来,其他类就可以访问成员。
- (3) 正如以后引入“继承”概念后大家会知道的那样,一个继承的类既可以访问一个protected成员,也可以访问一个public成员(但不可访问private成员)。只有在两个类位于相同的包内时,它才可以访问友好成员。但现在不必关心这方面的问题。
- (4) 提供“访问器/变化器”方法(亦称为“获取/设置”方法),以便读取和修改值。这是OOP环境中最正规的一种方法,也是Java Beans的基础。
2.2 public
使用public关键字时,它意味着紧随在public后面的成员声明适用于所有人,特别是适用于使用库的客户程序员。
2.3 private
private关键字意味着除非那个特定的类,并且是在该类的方法里,否则没有人能访问那个成员。
2.4 protected
protected关键字为我们引入了一种名为“继承”的概念。
若新建一个包,并从另一个包内的某个类里继承,则唯一能够访问的成员就是原来那个包的public成员。当然,如果在相同的包里进行继承,那么继承获得的包能够访问所有“友好”的成员。有些时候,基础类的创建者喜欢提供一个特殊的成员,并允许衍生类访问。这正是protected的工作。
3.接口与实现
访问控制是“隐藏实现细节”的一种方式。将数据和方法封装到类内后,可生成一种数据类型,它具有自己的特征与行为。
但由于两方面重要的原因,访问为那个数据类型加上了自己的边界。
- 第一个原因是规定客户程序员哪些能够使用,哪些不能。我们可在结构里构建自己的内部机制,不用担心客户程序员将其当作接口的一部分,从而自由地使用者“滥用”。
- 这个原因直接导致了第二个原因:我们需要将接口同实施细节分离开。若结构在一系列程序中使用,但用户除了将消息发给public接口之外,不能做其他任何事情,我们就可以改变不属于public的所有东西(如“友好的”、protected以及private),同时不要求用户对他们的代码作任何修改。
4.类访问
在Java中,亦可用访问指示符判断出一个库内的哪些类可由那个库的用户使用。
然而,我们同时还要注意到一些额外的限制:
- (1) 每个编译单元(文件)都只能有一个public类。每个编译单元有一个公共接口的概念是由那个公共类表达出来的。根据自己的需要,它可拥有任意多个提供支撑的“友好”类。但若在一个编译单元里使用了多个public类,编译器就会向我们提示一条出错消息。
- (2) public类的名字必须与包含了编译单元的那个文件的名字完全相符,甚至包括它的大小写形式。所以对于Widget来说,文件的名字必须是Widget.java,而不应是widget.java或者WIDGET.java。同样地,如果出现不符,就会报告一个编译期错误。
- (3) 可能(但并常见)有一个编译单元根本没有任何公共类。此时,可按自己的意愿任意指定文件名。
5.总结
对于任何关系,最重要的一点都是规定好所有方面都必须遵守的界限或规则。创建一个库时,相当于建立了同那个库的用户(即“客户程序员”)的一种关系——那些用户属于另外的程序员,可能用我们的库自行构建一个应用程序,或者用我们的库构建一个更大的库。