第10章面向对象程序设计语言.ppt

动态约束的实现：受限模型 早期?OO?语言（包括?Smalltalk）都采用功能强大灵活的对象模型? ·??在提供了极大灵活性的同时，也带来效率上的巨大开销 ·??这也是早期?OO?语言及其概念难被实际软件工作者接受的最关键原因 提高算法效率的最基本途径是限制要解决的问题（对?更?特?殊?一?些?的?问?题?，?可能找到效率更高的算法），并设计优化的实现模型 对于?OO?语言，就是要找到一个受限的对象模型，它能比较高效地实现，同时又能满足绝大部分实际?OO?程序开发的需要 常规?OO?语言中的对象模型有如下特性（足以支持常见程序设计工作）?：? ·??类层次结构是静态确定的? ·??每个类里的动态约束方法的个数和顺序都静态确定 在这种模型里就可以避免动态方法查找，使方法调用的执行效率接近普通的子程序调用的执行效率（C++?和?Stroustrup?的贡献） 动态约束的实现 优化实现模型，其中绝大部分工作都能静态完成： 每个类的运行时体现是一个动态约束方法的表（称为虚表，vtable），这是一个指针表，指针指向本类的对象需要调用的方法的代码体 虚表的指针按方法在类里的顺序排列，每个方法对应于一个顺序下标 动态约束的实现 在每个对象开头（数据域之前）增加一个指针?vt 创建对象时，设置其?vt?指向其所属的类的虚表（运行中始终不变） f?是指向?F?的指针（或引用）调用?f-m(...)的实现 比调用静态约束的方法多了中间的两条指令，它们都需要访问内存 动态约束的实现 虚表的创建： 如果类?B?没有基类，就将其定义里的动态约束方法的代码体指针依次填入它的虚表（下标从?0?或者?1?开始算） 若类?D?的基类是?B，建立?D?的虚表时先复制?B?的虚表。如?D?覆盖了?B?的某个（某些）动态约束方法，就用新方法的指针覆盖虚表里对应的已有指针。若?D?定义了新的动态约束方法，就将它们顺次加入虚表，放在后面 如果?f?指向的对象是?B，那么?f-m(...)?也会调用正确的方法 动态约束的实现 重温受限的对象模型（对一般程序设计已经足够强大）?：? ·??类层次结构是静态确定的? ·??每个类里的动态约束方法的个数和顺序都静态确定 ? 优化实现的效果：? ·??构造方法表的工作在编译时完成? ·??每个对象里需要增加一个指向其类的方法表的指针? ·??每次方法调用需要多执行两条指令（典型情况），多访问内存两次 对这种受限对象模型，动态约束方法调用的额外开销不大，一般软件系统（包括系统软件的绝大部分情况）都可以接受 Stroustrup?在设计和实现?C++?语言时特别希望能够得到高效的实现，最后选择了这种对象模型，并设计了这种高效的实现方法 动态约束的实现 对数据抽象和面向对象技术的支持，以及高效的实现，使实际软件工作者看到了?C++（和?OO）的潜力，最终导致了面向对象的革命 以后的主流面向对象语言也都采用了这种技术。当然，采用这种选择，也就对它们可能采用的对象模型提出了严格的限制 Pragmatics?里本章最后的练习里还讨论了其他高效实现方法，《C++?语言的设计与演化》里也有讨论（通过几条指令构成的一段“蹦床代码”，将控制转到实际应该调用的方法，主要是要解决多重继承问题） 虚方法（动态约束方法）的一个重要缺点是不能做?inline?处理（在线展开要求静态确定被调用的方法），使编译器难以进行跨过程的代码优化 C++?希望支持高效的系统程序设计，认为虚方法带来的效率损失有时也是不能容忍的，因此它同时支持静态方法约束 注意：如果一个类里只有静态约束的方法，该类编译之后就不会生成方法表，该类的对象也没有一个指针的额外存储开销 类层次结构和强制转换 向上强制总是安全的，不会出问题，总可以自动进行。因为派生类包含基类所有数据成分，因此可以支持基类所有操作 后一个赋值是编译时错误，派生类指针不能引用基类对象 类层次结构和强制转换 如果用?foo?类的指针?q?传递一个对象 可保证该对象一定是?foo?的或它的某个派生类的对象? 如果由?foo?类指针?q?传递的实际上是一个?bar?对象，我们有时需要把它作为bar?对象使用，例如想对它调用?foo?里没有的方法 · q-s(..)?是静态类型错误（q?的指向类型是?foo，foo?无方法?s）? · s??=??q?也是静态类型错（不能保证?q?指向的是?bar，赋值不安全）? 能不能用?s??=??(bar*)q??？? 如果?q?指向的确实是一个?bar?对象，当前情况下恰好可以，因为? ·??(bar*)?对指针是“非变换转换”，导致把?foo?指针当做?bar?指针? ·??恰好?