从结构化程序设计到面向对象,这是大多数高级语言的发展、演变规律,Fortran也未能免俗。在Fortran 77中,由于缺乏对数据抽象和数据封装的基本支持,人们很难引入面向对象的理念和方法。在Fortran 90/95中,尽管我们可以用派生类型(Derived Type)和模块(Module)模拟一部分面向对象的特性,但却无法实现真正意义上的封装和继承。
对数据和相关操作的封装是面向对象的基础。传统的结构化程序设计语言大多拥有简单的数据封装能力(如Pascal语言中的record),但缺乏对操作封装的支持。当我们为结构化程序设计语言引入面向对象机制时,在语法层面一般有两种思路:一种是引入一个全新的语法容器,允许用户借助该容器定义出封装了数据和操作的统一数据类型,例如,C++在C语言的基础上扩展出了class的概念,并以class为中心支持面向对象[url=]编程[/url];另一种是通过某种机制,将原有的数据封装容器和表述操作的过程或函数捏合在一起,例如,Ada 95利用Ada 83中已有的概念,将private type和相关操作封装在package中,创建了完整的面向对象机制。Fortran 2003对Fortran 90/95的改造正是遵循着后一种思路进行的。
首先,Fortran 2003第一次引入了过程指针(Procedure Pointer)的概念。Fortran 90/95只支持普通指针。为了实现回调机制,Fortran 90/95特意引入了用过程名充当形式参数(Dummy Procedure)的语法,但这种语法还无法解决在数据类型中内嵌相关操作的问题。在Fortran 2003中,我们可以使用过程指针将数据和操作绑定在一起:
TYPE point这种绑定是一种运行时的动态绑定,我们可以根据需要为过程指针赋值,这类似于我们在C语言的struct中嵌入函数指针。
其次,如果与类型相关的操作在编译时已经预知,我们就可以直接使用Fortran 2003提供的类型绑定过程(Type-bound Procedure),将数据和操作关联在一起:
TYPE point这样,在同一个模块中,类型和相关操作相互关联,用户可以直接使用CALL p1%test或类似的代码来访问特定操作,这已经非常近似于Ada 95的封装机制了。
和C++或Java语言相比,Fortran 2003的这种过程绑定方式较为靠近语言设计的底层。例如,对于绑定在point类型中的my_test过程,我们必须显示指明,该过程的第一个参数为point类型:
SUBROUTINE my_test(a)这里的参数a相当于C++或Java方法中隐含的this参数,其目的是将调用该操作的对象实例传入过程。我把这种显示实现this参数的做法称为 “赤裸裸的面向对象”。尽管写起来稍嫌繁琐,但这种“赤裸裸”的做法也有不少好处。例如,我们可以在Fortran 2003中使用NOPASS属性禁止传递对象实例,或通过PASS属性改变对象实例参数在过程参数表中的位置。
Fortran 90/95已经允许用户自定义运算符过程。现在,Fortran 2003则进一步允许用户将运算符过程绑定到特定的类型,其方法和绑定普通过程类似:
TYPE point有了完善的数据和操作封装机制,Fortran 90/95中简单的访问权限控制属性——PRIVATE和PUBLIC就不能满足要求了。Fortran 2003扩展了PRIVATE和PUBLIC的使用范围,允许PRIVATE类型中出现PUBLIC成员,同时又增加了PROTECTED属性,以限定某个成员的取值只能由自己所属的模块修改。
Fortran 2003增强了派生类型的初始化和构造语法。尽管我们在Fortran 2003中还不能像在C++里那样随心所欲地定义各种构造函数,但仍可以较精确地控制对象的初始化过程。此外,Fortran 2003允许我们为类型定义终结子例程(Final Subroutine),以完成对象销毁时的清理工作。终结子例程可以定义多个,像这样:
TYPE point在Fortran 2003中,继承机制是通过类型扩展(Type Extension)实现的。相关的语法和大多数面向对象语言的继承机制没有什么不同:
TYPE, EXTENDS(point) :: funny_point在扩展类型中,可以直接通过基类型的名称来引用基类型的成员,这类似于C++中引用基类成员的语法。
单从封装和继承这两个层面看来,Fortran 2003对Fortran 90/95的扩展就是革命性的。当年,Fortran 90刚问世的时候,许多人迫不及待地宣称Fortran已经是面向对象的语言了。殊不知,Fortran 90/95中的面向对象机制还不如Visual Basic 6.0中的类模块(Class Module)来得成熟,更不要说与真正面向对象的Fortran 2003相提并论了。
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