眾所周知，多態(tài)是面向?qū)ο缶幊陶Z言的重要特性，它允許基類的指針或引用指向派生類的對象，而在具體訪問時實現(xiàn)方法的動態(tài)綁定。C++ 和 Java 作為當(dāng)前最為流行的兩種面向?qū)ο缶幊陶Z言，其內(nèi)部對于多態(tài)的支持對于單繼承的實現(xiàn)非常類似。

首先來體現(xiàn)一下C++的動態(tài)分派，如下：

class Base1{
public: 
 int base1_var1; 
 int base1_var2; 
 void func(){}  
};

C++中有函數(shù)的動態(tài)分派，就類似于Java中方法的多態(tài)。而C++實現(xiàn)動態(tài)分派主要就是通過虛函數(shù)來完成的，非虛函數(shù)在編譯時就已經(jīng)確定調(diào)用目標(biāo)。C++中的虛函數(shù)通過關(guān)鍵字virtual來聲明，如上函數(shù)func()沒有virtual關(guān)鍵字，所以是非虛函數(shù)。
查看內(nèi)存布局，如下：

1>  class Base1  size(8):
1>   +---
1>   0   | base1_var1
1>   4   | base1_var2
1>   +---

非虛函數(shù)不會影響內(nèi)存布局?！?/p>

class Base1{
public: 
 int base1_var1; 
 int base1_var2; 
 virtual void base1_fun1() {}
};

內(nèi)存布局如下：

1>  class Base1  size(16):
1>   +---
1>   0   | {vfptr}
1>   8   | base1_var1
1>  12   | base1_var2
1>   +---

在64位環(huán)境下，指針占用8字節(jié)，而vfptr就是指向虛函數(shù)表（vtable）的指針，其類型為void**, 這說明它是一個void*指針。類似于在類Base1中定義了如下類似的偽代碼：

void* vtable[1] = {  &Base1::base1_fun1  };
const void**  vfptr = &vtable[0];

這個非常類似于Java虛擬機(jī)中對Java方法動態(tài)分派時的虛函數(shù)表（可參看深入剖析Java虛擬機(jī)：源碼剖析與實例詳解》一書第6.3節(jié)）。

虛函數(shù)表是屬于類的，而不是屬于某個具體的對象，一個類只需要一個虛函數(shù)表即可。同一個類的所有對象都使用同一個虛函數(shù)表。為了指定對象的虛函數(shù)表，對象內(nèi)部包含一個虛函數(shù)表的指針，來指向自己所使用的虛函數(shù)表。?為了讓每個包含虛函數(shù)表的類的對象都擁有一個虛函數(shù)表指針，編譯器在類中添加了一個指針，用來指向虛函數(shù)表。這樣，當(dāng)類的對象在創(chuàng)建時便擁有了這個指針，且這個指針的值會自動被設(shè)置為指向類的虛函數(shù)表。

從如上的例子我們應(yīng)該能夠得到如下一些結(jié)論：

• C++的動態(tài)分派需要明確用virtual關(guān)鍵字指明，而Java中的方法默認(rèn)就是動態(tài)分派，這也體現(xiàn)出兩種語言設(shè)計理念的不同，C++不想讓用戶為用不到的功能付出代價，Java更看重開發(fā)效率，將一些復(fù)雜的底層控制全權(quán)托管給虛擬機(jī)；
• C++中只要有虛函數(shù)，就會在類中有一個虛函數(shù)表，而且類的每個實例都會多出一個指向虛函數(shù)表的指針。

對于第2點來說，HotSpot VM的設(shè)計者充分考慮了這個情況，所以在一些類的設(shè)計上能不用虛函數(shù)就絕對不用，例如oop繼承體系下的所有類都不會用虛函數(shù)，因為有一個Java實例就會有一個oop，現(xiàn)在的應(yīng)用程序一般都有過千萬的實例，那我們可以算一下，每個實例要多出8個字節(jié)存儲指向虛表的指針，那要消耗掉多少內(nèi)存呢？！

下面我們來談?wù)劦?點提到的動態(tài)分派。先來看一下單繼承情況下C++的動態(tài)分派。

class Person{ 
     . . . 
 public : 
    void init(){} // 非virtual方法
    virtual void sing (){}; 
    virtual void dance (){}; 
 }; 
class Girl : public Person{ 
     . . . 
public : 
   virtual void sing(){}; 
   virtual void speak(){}; 
};

動態(tài)分派的過程大概如下圖所示。

只有加virtual關(guān)鍵字的虛函數(shù)才會存在于虛函數(shù)表中，也就是這些虛函數(shù)需要動態(tài)分派。當(dāng)子類重寫了父類的方法時，動態(tài)分派能準(zhǔn)確根據(jù)接收者類型找到實際需要調(diào)用的函數(shù)。

在HotSpot VM中有非常多使用動態(tài)分派的例子，如Klass繼承體系下的類有個oop_oop_iterate_v_m()函數(shù)，在發(fā)生YGC時，由于老年代也會有引用指向年輕代對象，所以必須通過卡表找到這些可能的對象，在找到這些對象后，這些對象的哪些區(qū)域是引用還要進(jìn)一步借助Klass來完成，如一般的對象會調(diào)用InstanceKlass中的oop_oop_iterate_v_m()函數(shù)，而java.lang.Class對象會調(diào)用InstanceMirrorKlass類中的oop_oop_iterate_v_m()函數(shù)。

下面看一下Java的動態(tài)分派。舉個例子如下：

class Person{ 
  	void sing (){}
	void dance (){}
}
class Girl extends Person{
	void sing(){}
	void speak(){}
}

了解過Java虛函數(shù)表的人可能知道，類中許多的方法都會放到虛函數(shù)表中，這就是我們前面說的，Java中的方法默認(rèn)都是動態(tài)分派的。
動態(tài)分派的過程大概如下圖所示。

從Object繼承下來5個方法，final、靜態(tài)方法和構(gòu)造方法不會進(jìn)入虛函數(shù)表中。final關(guān)鍵字與C++的virtual有著相反的作用。
JVM的方法調(diào)用指令有四個，分別是 invokestatic，invokespecial，invokesvirtual 和 invokeinterface。前兩個是靜態(tài)綁定，后兩個是動態(tài)綁定的，invokevirtual表示調(diào)用虛方法，也就是會查虛函數(shù)表進(jìn)行調(diào)用，而invokeinterface表示調(diào)用接口方法，會有個接口函數(shù)表，這里暫不介紹。

到此這篇關(guān)于C++中的動態(tài)分派在HotSpot VM中的應(yīng)用小結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++動態(tài)分派HotSpot VM應(yīng)用內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評論