perl5 第十三章 Perl的物件導向編程

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第十三章 Perl的物件導向編程

by flamephoenix

一、模組簡介
二、Perl中的類
三、建立類
四、建構函式

• 執行個體變數

五、方法
六、方法的輸出
七、方法的調用
八、重載
九、解構函式
十、繼承
十一、方法的重載
十二、Perl類和對象的一些注釋

    本章介紹如何使用Perl的物件導向編程(OOP)特性及如何構建對象，還包括繼承、方法重載和資料封裝等內容。
一、模組簡介
    模組(module)就是Perl包(pachage)。Perl中的對象基於對包中資料項目的引用。（引用見第x章引用）。
詳見http://www.metronet.com的perlmod和perlobj。
    在用其它語言進行物件導向編程時，先聲明一個類然後建立該類的對象（執行個體），特定類所有對象的行為方式是相同的，由類方法確定，可以通過定義新類或從現存類繼承來建立類。已熟悉物件導向編程的人可以在此遇到許多熟悉的術語。Perl一直是一個物件導向的語言，在Perl5中，文法略有變動，更正常化了對象的使用。
    下面三個定義對理解對象、類和方法在Perl中如何工作至關重要。
    .類是一個Perl包，其中含提供對象方法的類。
    .方法是一個Perl子程式，類名是其第一個參數。
    .對象是對類中資料項目的引用。
二、Perl中的類
    再強調一下，一個Perl類是僅是一個包而已。當你看到Perl文檔中提到“類”時，把它看作“包”就行了。Perl5的文法可以建立類，如果你已熟悉C++，那麼大部分文法你已經掌握了。與Perl4不同的概念是用雙冒號(::)來標識基本類和繼承類（子類）。
    物件導向的一個重要特性是繼承。Perl中的繼承特性與其它物件導向語言不完全一樣，它只繼承方法，你必須用自己的機制來實現資料的繼承。
    因為每個類是一個包，所以它有自己的名字空間及自己的符號名關聯陣列（詳見第x章關聯陣列），每個類因而可以使用自己的獨立符號名集。與包的引用結合，可以用單引號(‘)操作符來定位類中的變數，類中成員的定位形式如：$class‘$member。在Perl5中，可用雙冒號替代單引號來獲得引用，如：$class‘$member與$class::$member相同。
三、建立類。
    本節介紹建立一個新類的必要步驟。下面使用的例子是建立一個稱為Cocoa的簡單的類，其功能是輸出一個簡單的Java應用的源碼的必要部分。放心，這個例子不需要你有Java的知識，但也不會使你成為Java專家，其目的是講述建立類的概念。
    首先，建立一個名為Cocoa.pm的包檔案(副檔名pm是包的預設副檔名，意為Perl Module)。一個模組就是一個包，一個包就是一個類。在做其它事之前，先加入“1;”這樣一行，當你增加其它行時，記住保留“1;”為最後一行。這是Perl包的必需條件，否則該包就不會被Perl處理。下面是該檔案的基本結構。

package Cocoa;

#
# Put "require" statements in for all required,imported packages
#

#
# Just add code here
#

1; # terminate the package with the required 1;

    接下來，我們往包裡添加方法使之成為一個類。第一個需添加的方法是new()，它是建立對象時必須被調用的，new()方法是對象的建構函式。
四、建構函式
    建構函式是類的子程式，它返回與類名相關的一個引用。將類名與引用相結合稱為“祝福”一個對象，因為建立該結合的函數名為bless()，其文法為：
    bless YeReference [,classname]
    YeReference是對被“祝福”的對象的引用，classname是可選項，指定對象擷取方法的包名，其預設值為當前包名。
    建立一個構建函數的方法為返回已與該類結合的內部結構的引用，如：

sub new {
  my $this = {}; # Create an anonymous hash, and #self points to it.
  bless $this; # Connect the hash to the package Cocoa.
  return $this; # Return the reference to the hash.
}

1;

    {}建立一個對不含鍵/值對的雜湊表（即關聯陣列）的引用，傳回值被賦給局域變數$this。函數bless()取出該引用，告訴對象它引用的是Cocoa，最後返回該引用。函數的傳回值現在指向這個匿名雜湊表。
    從new()函數返回後，$this引用被銷毀，但調用函數儲存了對該雜湊表的引用，因此該雜湊表的引用數不會為零，從而使Perl在記憶體中儲存該雜湊表。建立對象可如下調用：
    $cup = new Cocoa;
    下面語句為使用該包建立對象的例子：

1 #!/usr/bin/perl
2 push (@INC,‘pwd‘);
3 use Cocoa;
4 $cup = new Cocoa;

    第一行指出Perl解譯器的位置，第二行中，將目前的目錄加到路徑尋找列表@INC中供尋找包時使用。你也可以在不同的目錄中建立你的模組並指出該絕對路徑。例如，如果在/home/test/scripts/建立包，第二行就應該如下：
    push (@INC , "/home/test/scripts");
    在第三行中，包含上包Cocoa.pm以擷取指令碼中所需功能。use語句告訴Perl在@INC路徑尋找檔案Cocoa.pm並包含到解析的源檔案拷貝中。use語句是使用類必須的。第四行調用new函數建立對象，這是Perl的妙處，也是其易混淆之處，也是其強大之處。建立對象的方法有多種，可以這樣寫：
    $cup = cocoa->new();
    如果你是C程式員，可以用雙冒號強制使用Cocoa包中的new()函數，如：
    $cup = Cocoa::new();
    可以在建構函式中加入更多的代碼，如在Cocoa.pm中，可以在每個對象建立時輸出一個簡單聲明，還可以用建構函式初始設定變數或設定數組或指標。
注意：

1、一定要在建構函式中初始設定變數；
2、一定要用my函數在方法中建立變數；
3、一定不要在方法中使用local，除非真的想把變數傳遞給其它子程式；
4、一定不要在類別模組中使用全域變數。

    加上聲明的Cocoa建構函式如下：

sub new {
  my $this = {};
  print "\n /* \n ** Created by Cocoa.pm \n ** Use at own risk";
  print "\n ** Did this code even get pass the javac compiler? ";
  print "\n **/ \n";
  bless $this;
  return $this;
}

    也可以簡單地調用包內或包外的其它函數來做更多的初始化工作，如：

sub new {
  my $this = {}
  bless $this;
  $this->doInitialization();
  return $this;
}

    建立類時，應該允許它可被繼承，應該可以把類名作為第一個參數來調用new函數，那麼new函數就象下面的語句：

sub new {
  my $class = shift; # Get the request class name
  my $this = {};
  bless $this, $class # Use class name to bless() reference
  $this->doInitialization(); return $this; 
}

    此方法使使用者可以下列三種方式之一來進行調用：

• Cocoa::new()
• Cocoa->new()
• new Cocoa

    可以多次bless一個引用對象，然而，新的將被bless的類必然把對象已被bless的引用去掉，對C和Pascal程式員來說，這就象把一個指標賦給分配的一塊記憶體，再把同一指標賦給另一塊記憶體而不釋放掉前一塊記憶體。總之，一個Perl對象每一時刻只能屬於一個類。
    對象和引用的真正區別是什麼呢？Perl對象被bless以屬於某類，引用則不然，如果引用被bless，它將屬於一個類，也便成了對象。對象知道自己屬於哪個類，引用則不屬於任何類。

• 執行個體變數

    作為建構函式的new()函數的參數叫做執行個體變數。執行個體變數在建立對象的每個執行個體時用於初始化，例如可以用new()函數為對象的每個執行個體起個名字。
    可以用匿名雜湊表或匿名數組來儲存執行個體變數。
    用雜湊表的代碼如下：

sub new {

my $type = shift;
my %parm = @_;
my $this = {};
$this->{‘Name‘} = $parm{‘Name‘};
$this->{‘x‘} = $parm{‘x‘};
$this->{‘y‘} = $parm{‘y‘};
bless $this, $type;

}

    用數組儲存的代碼如下：

sub new {

my $type = shift;
my %parm = @_;
my $this = [];
$this->[0] = $parm{‘Name‘};
$this->[1] = $parm{‘x‘};
$this->[2] = $parm{‘y‘};
bless $this, $type;

}

    構造對象時，可以如下傳遞參數：
    $mug = Cocoa::new( ‘Name‘ => ‘top‘,‘x‘ => 10,‘y‘ => 20 );
    操作符=>與逗號操作服功能相同，但=>可讀性好。存取方法如下：
    print "Name=$mug->{‘Name‘}\n";
    print "x=$mug->{‘x‘}\n";
    print "y=$mug->{‘y‘}\n";
五、方法
    Perl類的方法只不過是一個Perl子程式而已，也即通常所說的成員函數。Perl的方法定義不提供任何特殊文法，但規定方法的第一個參數為對象或其被引用的包。Perl有兩種方法：靜態方法和虛方法。
    靜態方法第一個參數為類名，虛方法第一個參數為對象的引用。方法處理第一個參數的方式決定了它是靜態還是虛的。靜態方法一般忽略掉第一個參數，因為它們已經知道自己在哪個類了，建構函式即靜態方法。虛方法通常首先把第一個參數shift到變數self或this中，然後將該值作普通的引用使用。如：

1. sub nameLister {
2.     my $this = shift;
3.     my ($keys ,$value );
4.     while (($key, $value) = each (%$this)) {
5.         print "\t$key is $value.\n";
6.     }
7. }

六、方法的輸出
    如果你現在想引用Cocoa.pm包，將會得到編譯錯誤說未找到方法，這是因為Cocoa.pm的方法還沒有輸出。輸出方法需要Exporter模組，在包的開始部分加上下列兩行：
    require Exporter;
    @ISA = qw (Exporter);
    這兩行包含上Exporter.pm模組，並把Exporter類名加入@ISA數組以供尋找。接下來把你自己的類方法列在@EXPORT數組中就可以了。例如想輸出方法closeMain和declareMain，語句如下：
    @EXPORT = qw (declareMain , closeMain);
    Perl類的繼承是通過@ISA數組實現的。@ISA數組不需要在任何包中定義，然而，一旦它被定義，Perl就把它看作目錄名的特殊數組。它與@INC數組類似，@INC是包含檔案的尋找路徑。@ISA數組含有類(包)名，當一個方法在當前包中未找到時就到@ISA中的包去尋找。@ISA中還含有當前類繼承的基類名。
    類中調用的所有方法必須屬於同一個類或@ISA數組定義的基類。如果一個方法在@ISA數組中未找到，Perl就到AUTOLOAD()子程式中尋找，這個可選的子程式在當前包中用sub定義。若使用AUTOLOAD子程式，必須用use Autoload;語句調用autoload.pm包。AUTOLOAD子程式嘗試從已安裝的Perl庫中裝載調用的方法。如果AUTOLOAD也失敗了，Perl再到UNIVERSAL類做最後一次嘗試，如果仍失敗，Perl就產生關於該無法解析函數的錯誤。
七、方法的調用
    調用一個對象的方法有兩種方法，一是通過該對象的引用（虛方法），一是直接使用類名（靜態方法）。當然該方法必須已被輸出。現在給Cocoa類增加一些方法，代碼如下：

package Cocoa;
require Exporter;
@ISA = qw(Exporter);
@EXPORT = qw(setImports, declareMain, closeMain);
#
# This routine creates the references for imports in Java functions
#
sub setImports{
  my $class = shift @_;
  my @names = @_;
  foreach (@names) {
    print "import " . $_ . ";\n";
  } 
}
#
# This routine declares the main function in a Java script
#
sub declareMain{
  my $class = shift @_;
  my ( $name, $extends, $implements) = @_;
  print "\n public class $name";
  if ($extends) {
    print " extends " . $extends;
  }
  if ($implements) {
    print " implements " . $implements;
  }
  print " { \n";
}
#
# This routine declares the main function in a Java script
#
sub closeMain{
  print "} \n";
}
#
# This subroutine creates the header for the file.
#
sub new {
  my $this = {};
  print "\n /* \n ** Created by Cocoa.pm \n ** Use at own risk \n */ \n";
  bless $this;
  return $this;
}

1;

    現在，我們寫一個簡單的Perl指令碼來使用該類的方法，下面是建立一個Java applet原始碼骨架的指令碼代碼：

#!/usr/bin/perl
use Cocoa;
$cup = new Cocoa;
$cup->setImports( ‘java.io.InputStream‘, ‘java.net.*‘);
$cup->declareMain( "Msg" , "java.applet.Applet", "Runnable");
$cup->closeMain();

    這段指令碼建立了一個叫做Msg的Java applet，它擴充(extend)了java.applet.Applet小應用程式並使之可運行(runnable)，其中最後三行也可以寫成如下：

Cocoa::setImports($cup, ‘java.io.InputStream‘, ‘java.net.*‘);
Cocoa::declareMain($cup, "Msg" , "java.applet.Applet", "Runnable");
Cocoa::closeMain($cup);

    其運行結果如下：

/*
** Created by Cocoa.pm
** Use at own risk 
*/
import java.io.InputStream;
import java.net.*;

public class Msg extends java.applet.Applet implements Runnable {
}

    注意：如果用->操作符調用方法（也叫間接調用），參數必須用括弧括起來，如：$cup->setImports( ‘java.io.InputStream‘, ‘java.net.*‘);而雙冒號調用如：Cocoa::setImports($cup, ‘java.io.InputStream‘, ‘java.net.*‘);也可去掉括弧寫成：Cocoa::setImports $cup, ‘java.io.InputStream‘, ‘java.net.*‘ ;
八、重載
    有時需要指定使用哪個類的方法，如兩個不同的類有同名方法的時候。假設類Espresso和Qava都定義了方法grind，可以用::操作符指定使用Qava的方法：
    $mess = Qava::grind("whole","lotta","bags");
    Qava::grind($mess, "whole","lotta","bags");
    可以根據程式的運行情況來選擇使用哪個類的方法，這可以通過使用符號引用去調用來實現：
    $method = $local ? "Qava::" : "Espresso::";
    $cup->{$method}grind(@args);
九、解構函式
    Perl跟蹤對象的連結數目，當某對象的最後一個應用釋放到記憶體池時，該對象就自動銷毀。對象的析構發生在代碼停止後，指令碼將要結束時。對於全域變數而言，析構發生在最後一行代碼運行之後。
    如果你想在對象被釋放之前擷取控制權，可以定義DESTROY()方法。DESTROY()在對象將釋放前被調用，使你可以做一些清理工作。DESTROY()函數不自動調用其它DESTROY()函數，Perl不做內建的析構工作。如果建構函式從基類多次bless，DESTROY()可能需要調用其它類的DESTROY()函數。當一個對象被釋放時，其內含的所有對象引用自動釋放、銷毀。
    一般來說，不需要定義DESTROY()函數，如果需要，其形式如下：

sub DESTROY {
#
# Add code here.
#
}

    因為多種目的，Perl使用了簡單的、基於引用的記憶體回收系統。任何對象的引用數目必須大於零，否則該對象的記憶體就被釋放。當程式退出時，Perl的一個徹底的尋找並銷毀函數進行記憶體回收，進程中的一切被簡單地刪除。在UNIX類的系統中，這像是多餘的，但在內嵌式系統或多線程環境中這確實很必要。
十、繼承
    類方法通過@ISA數群組繼承，變數的繼承必須明確設定。下例建立兩個類Bean.pm和Coffee.pm，其中Coffee.pm繼承Bean.pm的一些功能。此例示範如何從基類（或稱超類）繼承執行個體變數，其方法為調用基類的建構函式並把自己的執行個體變數加到新對象中。
    Bean.pm代碼如下：

package Bean;
require Exporter;
@ISA = qw(Exporter);
@EXPORT = qw(setBeanType);

sub new {
  my $type = shift;
  my $this = {};
  $this->{‘Bean‘} = ‘Colombian‘;
  bless $this, $type;
  return $this;
}

#
# This subroutine sets the class name
sub setBeanType{
  my ($class, $name) = @_;
  $class->{‘Bean‘} = $name;
  print "Set bean to $name \n";
}
1;

    此類中，用$this變數設定一個匿名雜湊表，將‘Bean‘類型設為‘Colombian‘。方法setBeanType()用於改變‘Bean‘類型，它使用$class引用獲得對對象雜湊表的訪問。
    Coffee.pm代碼如下：

1  #
2  # The Coffee.pm file to illustrate inheritance.
3  #
4  package Coffee;
5  require Exporter;
6  require Bean;
7  @ISA = qw(Exporter, Bean);
8  @EXPORT = qw(setImports, declareMain, closeMain);
9  #
10 # set item
11 #
12 sub setCoffeeType{
13   my ($class,$name) = @_;
14   $class->{‘Coffee‘} = $name;
15   print "Set coffee type to $name \n";
16   }
17 #
18 # constructor
19 #
20 sub new {
21   my $type = shift;
22   my $this = Bean->new(); ##### <- LOOK HERE!!! ####
23   $this->{‘Coffee‘} = ‘Instant‘; # unless told otherwise
24   bless $this, $type;
25   return $this;
26   }
27 1;

    第6行的require Bean;語句包含了Bean.pm檔案和所有相關函數，方法setCoffeeType()用於設定局域變數$class->{‘Coffee‘}的值。在建構函式new()中，$this指向Bean.pm返回的匿名雜湊表的指標，而不是在本地建立一個，下面兩個語句分別為建立不同的雜湊表從而與Bean.pm建構函式建立的雜湊表無關的情況和繼承的情況：
    my $this = {}; #非繼承
    my $this = $theSuperClass->new(); #繼承
    下面代碼示範如何調用繼承的方法：

1  #!/usr/bin/perl
2  push (@INC,‘pwd‘);
3  use Coffee;
4  $cup = new Coffee;
5  print "\n -------------------- Initial values ------------ \n";
6  print "Coffee: $cup->{‘Coffee‘} \n";
7  print "Bean: $cup->{‘Bean‘} \n";
8  print "\n -------------------- Change Bean Type ---------- \n";
9  $cup->setBeanType(‘Mixed‘);
10 print "Bean Type is now $cup->{‘Bean‘} \n";
11 print "\n ------------------ Change Coffee Type ---------- \n";
12 $cup->setCoffeeType(‘Instant‘);
13 print "Type of coffee: $cup->{‘Coffee‘} \n";

    該代碼的結果輸出如下：

-------------------- Initial values ------------
Coffee: Instant
Bean: Colombian
-------------------- Change Bean Type ----------
Set bean to Mixed
Bean Type is now Mixed 
------------------ Change Coffee Type ----------
Set coffee type to Instant
Type of coffee: Instant

    上述代碼中，先輸出對象建立時雜湊表中索引為‘Bean‘和‘Coffee‘的值，然後調用各成員函數改變值後再輸出。
    方法可以有多個參數，現在向Coffee.pm模組增加函數makeCup()，代碼如下：

sub makeCup {
  my ($class, $cream, $sugar, $dope) = @_;
  print "\n================================== \n"; 
  print "Making a cup \n";
  print "Add cream \n" if ($cream);
  print "Add $sugar sugar cubes\n" if ($sugar);
  print "Making some really addictive coffee ;-) \n" if ($dope);
  print "================================== \n";
}

    此函數可有三個參數，不同數目、值的參數產生不同的結果，例如：

1  #!/usr/bin/perl
2  push (@INC,‘pwd‘);
3  use Coffee;
4  $cup = new Coffee;
5  #
6  # With no parameters
7  #
8  print "\n Calling with no parameters: \n";
9  $cup->makeCup;
10 #
11 # With one parameter
12 #
13 print "\n Calling with one parameter: \n";
14 $cup->makeCup(‘1‘);
15 #
16 # With two parameters
17 #
18 print "\n Calling with two parameters: \n";
19 $cup->makeCup(1,‘2‘);
20 #
21 # With all three parameters
22 #
23 print "\n Calling with three parameters: \n";
24 $cup->makeCup(‘1‘,3,‘1‘);

    其結果輸出如下：

Calling with no parameters:
==================================
Making a cup
==================================
Calling with one parameter:
==================================
Making a cup
Add cream
==================================
Calling with two parameters:
==================================
Making a cup
Add cream
Add 2 sugar cubes
==================================
Calling with three parameters:
==================================
Making a cup
Add cream
Add 3 sugar cubes
Making some really addictive coffee ;-)
==================================

    在此例中，函數makeCup()的參數既可為字串也可為整數，處理結果相同，你也可以把這兩種類型的資料處理區分開。在對參數的處理中，可以設定預設的值，也可以根據實際輸入參數值的個數給予不同處理。
十一、子類方法的重載
    繼承的好處在於可以獲得基類輸出的方法的功能，而有時需要對基類的方法重載以獲得更具體或不同的功能。下面在Bean.pm類中加入方法printType()，代碼如下：

sub printType {
  my $class = shift @_;
  print "The type of Bean is $class->{‘Bean‘} \n";
}

    然後更新其@EXPORT數組來輸出：
    @EXPORT = qw ( setBeanType , printType );
    現在來調用函數printType()，有三種調用方法：

$cup->Coffee::printType();
$cup->printType();
$cup->Bean::printType();

    輸出分別如下：

The type of Bean is Mixed
The type of Bean is Mixed
The type of Bean is Mixed

    為什麼都一樣呢？因為在子類中沒有定義函數printType()，所以實際均調用了基類中的方法。如果想使子類有其自己的printType()函數，必須在Coffee.pm類中加以定義：

#
# This routine prints the type of $class->{‘Coffee‘}
#
sub printType {
  my $class = shift @_;
  print "The type of Coffee is $class->{‘Coffee‘} \n";
}

    然後更新其@EXPORT數組：
    @EXPORT = qw(setImports, declareMain, closeMain, printType);
    現在輸出結果變成了：

The type of Coffee is Instant
The type of Coffee is Instant
The type of Bean is Mixed

    現在只有當給定了Bean::時才調用基類的方法，否則直接調用子類的方法。
    那麼如果不知道基類名該如何調用基類方法呢？方法是使用偽類保留字SUPER::。在類方法內使用文法如：$this->SUPER::function(...argument list...); ，它將從@ISA列表中尋找。剛才的語句用SUPER::替換Bean::可以寫為$cup->SUPER::printType(); ，其結果輸出相同，為：

The type of Bean is Mixed

十二、Perl類和對象的一些注釋
    OOP的最大好處就是代碼重用。OOP用資料封裝來隱藏一些複雜的代碼，Perl的包和模組通過my函數提供資料封裝功能，但是Perl並不保證子類一定不會直接存取基類的變數，這確實減少了資料封裝的好處，雖然這種動作是可以做到的，但卻是個很壞的編程風格。
注意：

1、一定要通過方法來訪問類變數。
2、一定不要從模組外部直接存取類變數。

    當編寫包時，應該保證方法所需的條件已具備或通過參數傳遞給它。在包內部，應保證對全域變數的訪問只用通過方法傳遞的引用來訪問。對於方法要使用的靜態或全域資料，應該在基類中用local()來定義，子類通過調用基類來擷取。有時，子類可能需要改變這種資料，這時，基類可能就不知道怎樣去尋找新的資料，因此，這時最好定義對該資料的引用，子類和基類都通過引用來改變該資料。
    最後，你將看到如下方式來使用對象和類：
    use coffee::Bean;
    這句語句的含義是“在@INC數組所有目錄的Coffee子目錄來尋找Bean.pm”。如果把Bean.pm移到./Coffee目錄，上面的例子將用這一use語句來工作。這樣的好處是有條理地組織類的代碼。再如，下面的語句：
    use Another::Sub::Menu;
    意味著如下子目錄樹：
    ./Another/Sub/Menu.pm

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