【Java设计模式】好奇递归模板模式(CRTP):独特地利用多态性

2024-08-31 19:52

本文主要是介绍【Java设计模式】好奇递归模板模式(CRTP):独特地利用多态性,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

文章目录

  • 【Java设计模式】好奇递归模板模式(CRTP):独特地利用多态性
    • 一、概述
    • 二、好奇递归模板模式的别名
    • 三、好奇递归模板模式的意图
    • 四、好奇递归模板模式的详细解释及实际示例
    • 五、Java中CRTP的编程示例
    • 六、何时在Java中使用好奇递归模板模式
    • 七、好奇递归模板模式在Java中的实际应用
    • 八、好奇递归模板模式的优点和权衡
    • 九、源码下载

【Java设计模式】好奇递归模板模式(CRTP):独特地利用多态性

一、概述

在Java中,好奇递归模板模式(CRTP)是一种强大的设计模式,用于实现静态多态性。通过让一个类模板从其自身类的模板实例化中派生,CRTP能够实现方法重写和编译时的多态行为,提高Java应用程序的效率和性能。

二、好奇递归模板模式的别名

  • CRTP
  • Mixin Inheritance(混入继承)
  • Recursive Type Bound(递归类型边界)
  • Recursive Generic(递归泛型)
  • Static Polymorphism(静态多态性)

三、好奇递归模板模式的意图

好奇递归模板模式(CRTP)的意图是在Java中实现静态多态性。通过让一个类模板从其自身类的模板实例化中派生,CRTP能够实现方法重写和编译时的多态行为,增强Java应用程序的效率和性能。

四、好奇递归模板模式的详细解释及实际示例

  1. 实际示例
    • 考虑一个图书馆系统管理各种类型的媒体:书籍、DVD和杂志。每种媒体类型都有特定的属性和行为,但它们都共享一些共同的功能,如借阅和归还。通过在Java中应用好奇递归模板模式(CRTP),可以创建一个基本的模板类MediaItem,包含这些共同的方法。每个特定的媒体类型(如BookDVDMagazine)将使用自身作为模板参数从MediaItem继承。这种方法允许每个媒体类型有效地定制共享功能,避免了虚拟方法的开销。
  2. 通俗解释
    • Java中的CRTP确保类型中的某些方法能够接受特定于其子类型的参数,从而在编译时实现更高效和类型安全的多态行为。
  3. 维基百科解释
    • 好奇递归模板模式(CRTP)是一种最初在C++中使用的惯用法,其中一个类X从使用X本身作为模板参数的类模板实例化中派生。

五、Java中CRTP的编程示例

对于一个计划举办赛事的综合格斗推广活动,确保比赛在相同体重级别的运动员之间进行组织至关重要。这可以防止体重差异显著的选手之间的不匹配,例如重量级选手与雏量级选手对决。
首先,定义通用接口Fighter

public interface Fighter<T> {void fight(T t);
}

MMAFighter类用于实例化根据体重级别区分的选手。

@Slf4j
@Data
public class MmaFighter<T extends MmaFighter<T>> implements Fighter<T> {private final String name;private final String surname;private final String nickName;private final String speciality;@Overridepublic void fight(T opponent) {LOGGER.info("{} is going to fight against {}", this, opponent);}
}

以下是MmaFighter的一些子类型。

class MmaBantamweightFighter extends MmaFighter<MmaBantamweightFighter> {public MmaBantamweightFighter(String name, String surname, String nickName, String speciality) {super(name, surname, nickName, speciality);}
}
public class MmaHeavyweightFighter extends MmaFighter<MmaHeavyweightFighter> {public MmaHeavyweightFighter(String name, String surname, String nickName, String speciality) {super(name, surname, nickName, speciality);}
}

选手只能与相同体重级别的对手进行比赛。如果对手的体重级别不同,则会引发错误。

public static void main(String[] args) {MmaBantamweightFighter fighter1 = new MmaBantamweightFighter("Joe", "Johnson", "The Geek", "Muay Thai");MmaBantamweightFighter fighter2 = new MmaBantamweightFighter("Ed", "Edwards", "The Problem Solver", "Judo");fighter1.fight(fighter2);MmaHeavyweightFighter fighter3 = new MmaHeavyweightFighter("Dave", "Davidson", "The Bug Smasher", "Kickboxing");MmaHeavyweightFighter fighter4 = new MmaHeavyweightFighter("Jack", "Jackson", "The Pragmatic", "Brazilian Jiu - Jiuitsu");fighter3.fight(fighter4);
}

程序输出:

08:42:34.048 [main] INFO crtp.MmaFighter -- MmaFighter(name=Joe, surname=Johnson, nickName=The Geek, speciality=Muay Thai) is going to fight against MmaFighter(name=Ed, surname=Edwards, nickName=The Problem Solver, speciality=Judo)
08:42:34.054 [main] INFO crtp.MmaFighter -- MmaFighter(name=Dave, surname=Davidson, nickName=The Bug Smasher, speciality=Kickboxing) is going to fight against MmaFighter(name=Jack, surname=Jackson, nickName=The Pragmatic, speciality=Brazilian Jiu - Jiuitsu)

六、何时在Java中使用好奇递归模板模式

  • 当需要通过继承扩展类的功能,但出于效率原因更喜欢编译时多态性而不是运行时多态性时。
  • 当想要避免虚拟函数的开销,但仍然实现多态行为时。
  • 在模板元编程中,提供可以在编译时选择的函数或策略的实现。
  • 在对象层次结构中链接方法时遇到类型冲突。
  • 想要使用一个参数化的类方法,该方法可以接受类的子类作为参数,允许它应用于从该类继承的对象。
  • 希望某些方法仅与相同类型的实例一起工作,例如实现相互可比性。

七、好奇递归模板模式在Java中的实际应用

  • 在模板库中实现编译时多态接口。
  • 在性能至关重要的库中增强代码重用,如数学计算、嵌入式系统和实时处理应用程序。
  • 在各种Java库中实现Cloneable接口。

八、好奇递归模板模式的优点和权衡

优点:

  • 消除了虚拟函数调用的开销,提高了性能。
  • 安全地重用基类代码,而不会受到多重继承相关风险的影响。
  • 在编译时多态性场景中具有更大的灵活性和可扩展性。

权衡:

  • 由于模板和继承的相互作用,理解和调试的复杂性增加。
  • 可能会导致代码膨胀,因为每个模板的实例化都会产生一个新的类。
  • 与运行时多态性相比灵活性较低,因为行为必须完全在编译时确定。

九、源码下载

好奇递归模板模式示例代码下载

通过本文的介绍,相信大家对Java中的好奇递归模板模式有了更深入的了解。在实际开发中,合理运用该模式可以提高代码的性能和可扩展性,但需要注意其复杂性和潜在的代码膨胀问题。

这篇关于【Java设计模式】好奇递归模板模式(CRTP):独特地利用多态性的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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