动态绑定C++_Java_ObjectC

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资源描述

C++的虚函数的动态绑定虚函数是通过virtualtable来实现的。在这个表中,主要是一个类的虚函数的地址表,其内容真实反应实际的函数。这样,在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中。所以,当我们用父类的指针来操作一个子类的时候,就由虚表来指明实际所应该调用的函数。C++编译器应该保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置(这是为了保证取到虚函数表有最高的性能,特别是在有多层继承或多重继承的情况下)。non-public的虚函数也存在于虚函数表中,所以可以使用访问虚函数表的方式来访问这些non-public的虚函数。上述类的实例的虚函数表为:假设我们有这样一个类:classBase{public:virtualvoidf(){coutBase::fendl;}virtualvoidg(){coutBase::gendl;}virtualvoidh(){coutBase::hendl;}};可以通过下面的代码得到虚函数表:typedefvoid(*Fun)(void);Baseb;FunpFun=NULL;cout虚函数表地址:(int*)(&b)endl;cout虚函数表—第一个函数地址:(int*)*(int*)(&b)endl;//InvokethefirstvirtualfunctionpFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&b));pFun();(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0);//Base::f()(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1);//Base::g()(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2);//Base::h()虚函数表的结束节点在不同的编译器下是不同的:在windows下,这个值是NULL;在linux下,这个值如果是1表示还有下一个虚函数表,如果是0表示是最后一个虚函数表。一般继承(无虚函数覆盖)对于实例Derived的虚函数表如下:1)虚函数按照其声明顺序放于表中;2)父类的虚函数在子类的虚函数前面。一般继承(有虚函数覆盖)对于实例Derived的虚函数表如下:1)覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置;2)没有被覆盖的函数依旧。多重继承(无虚函数覆盖)对于子类实例中的虚函数表,是如下:1)每个父类都有自己的虚表;2)子类的成员函数被放到了第一个父类的虚表中。多重继承(有虚函数覆盖)子类实例中的虚函数表的图:Java的后期绑定Java中的方法只有final,static,private和构造方法是前期绑定。其它方法都是后期绑定。动态绑定的过程:1)虚拟机提取对象的实际类型的方法表;2)虚拟机搜索方法签名;3)调用方法。Java中的后期绑定是由JVM来实现的,不用去显式地声明它,而C++则必须明确地声明某个方法具备后期绑定(用virtual关键字)。JAVA虚拟机规范并没有规定JAVA对象在堆里是如何表示的。对象的内部表示也影响着整个堆以及垃圾收集器的设计,它由虚拟机的实现者决定。JAVA对象中包含的基本数据由它所属的类及其所有父类声明的实例变量组成。只要有一个对象引用,虚拟机就必须能够快速地定位对象实例的数据。另外,它也必须能通过该对象引用访问相应的类数据(存储于方法区的类型信息),因此在对象中通常会有一个指向方法区的指针。当程序在运行时需要转换某个对象引用为另外一种类型时,虚拟机必须要检查这种转换是否被允许,被转换的对象是否的确是被引用的对象或者它的父类型。当程序在执行instanceof操作时,虚拟机也进行了同样的检查。所以虚拟机都需要查看被引用的对象的类数据。不管虚拟机的实现使用什么样的对象表示法,很可能每个对象都有一个方法表因为方法表加快了调用实例方法时的效率。但是JAVA虚拟机规范并未要求必须使用方法表,所以并不是所有实现中都会使用它。下面是一种JAVA对象的内存表示:方法数据存放在类的方法区中,包含一个方法的具体实现的字节码二进制。方法指针直接指向这个方法在内存中的起始位置,通过方法指针就可以找到这个方法。方法表是一个指向方法区中的方法指针的数组。方法表中不包含static、private等静态绑定的方法,仅仅包含那些需要动态绑定的实例方法。在方法表中,来自超类的方法出现在来自子类的方法之前,并且排列方法指针的顺序和方法在class文件中出现的顺序相同,这种排列顺序的例外情况是,被子类的方法覆盖的方法出现在超类中该方法第一次出现的地方。和C++的虚函数在虚表的排列顺序很相似。上例中的Base和Derive的方法表如下:在这个例子里,test()方法在Base和Derive的方法表中都是同一个位置-位置1。在Base方法表中,test()指针是Base的test()方法内存地址;而在Derive方法表中,方法表的位置1放置的是Derive的test()方法内存地址。当JAVA虚拟机执行base.test()时,通过base引用可以找到base所指向的实际对象的内存位置,现在虚拟机不知道base引用的实际对象是Base还是Derive。但是根据上面的对象内存模型,虚拟机从对象内存中的第一个指针“特殊结构指针”开始,可以找到实际对象的类型数据和Class实例,这样虚拟机就可以知道base引用的实际对象是Derive。为了执行test(),ClassBase{publicBase(){}publicvoidtest(){System.out.println(“initBase”);}publicvoidprint(){System.out.println(“printBase”);}}publicclassDeriveextendsBase{publicDerive(){}publicvoidtest(){System.out.println(“initDerive”);}publicvoidsayHello(){}}虚拟机需要找到test()的字节码,方法的字节码存放在方法区中。虚拟机从对象内存中的第一个指针“特殊结构指针”开始,搜寻方法表的位置1,位置1指向的test()方法是Derive类的test()方法,这就是JAVA虚拟机将要执行的test()的字节码。现在,虚拟机知道了调用的实际对象是Derive对象,调用的实际test()方法是Derive类的test()方法,所以JAVA虚拟机能够正确执行-调用base引用的实际对象的方法而不是base引用本身的方法。这是动态绑定的一种实现方式,根据不同的JAVA虚拟机平台和不同的实际约束,动态绑定可以有不同的内部实现机制。Object-C的动态绑定每个对象都有一个isapointer,指向classstructure。classstructure含有实例变量的名字和类型以及这个类所声明的方法实现列表。这个classstructure有一个pointer,指向它的父类的classstructure。methods被selector索引.selector是SELtype,虽然SEL被定义成char*,但可把它理解为int。每个方法名赋予了一个唯一的整数值。当查询一个method时,将使用selector;在object-c中,用以下的表把方法名和selectors关联起来。selectorsmethodnames12addObject:753setEntryDate:352Count4547insertObject:atIndex:……

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