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本文來(lái)自CSDN博客,轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)明出處:http://blog.csdn.net/jiangnanyouzi/archive/2009/01/06/3720807.aspx
1、c++實(shí)現(xiàn)多態(tài)的方法

其實(shí)很多人都知道,虛函數(shù)在c++中的實(shí)現(xiàn)機(jī)制就是用虛表和虛指針,但是具體是怎樣的呢?從more effecive c++其中一篇文章里面可以知道:是每個(gè)類用了一個(gè)虛表,每個(gè)類的對(duì)象用了一個(gè)虛指針。具體的用法如下:

class A
{
public:
    virtual void f();
    virtual void g();
private:
    int a
};

class B : public A
{
public:
    void g();
private:
    int b;
};

//A,B的實(shí)現(xiàn)省略

因?yàn)锳有virtual void f(),和g(),所以編譯器為A類準(zhǔn)備了一個(gè)虛表vtableA,內(nèi)容如下:

A::f 的地址
 
A::g 的地址
 

B因?yàn)槔^承了A,所以編譯器也為B準(zhǔn)備了一個(gè)虛表vtableB,內(nèi)容如下:

A::f 的地址
B::g 的地址

注意:因?yàn)锽::g是重寫了的,所以B的虛表的g放的是B::g的入口地址,但是f是從上面的A繼承下來(lái)的,所以f的地址是A::f的入口地址。

然后某處有語(yǔ)句 B bB;的時(shí)候,編譯器分配空間時(shí),除了A的int a,B的成員int b;以外,還分配了一個(gè)虛指針vptr,指向B的虛表vtableB,bB的布局如下:

vptr : 指向B的虛表vtableB
 
int a: 繼承A的成員
 
int b: B成員
 

當(dāng)如下語(yǔ)句的時(shí)候:
A *pa = &bB;

pa的結(jié)構(gòu)就是A的布局(就是說(shuō)用pa只能訪問(wèn)的到bB對(duì)象的前兩項(xiàng),訪問(wèn)不到第三項(xiàng)int b)

那么pa->g()中,編譯器知道的是,g是一個(gè)聲明為virtual的成員函數(shù),而且其入口地址放在表格(無(wú)論是vtalbeA表還是vtalbeB表)的第2項(xiàng),那么編譯器編譯這條語(yǔ)句的時(shí)候就如是轉(zhuǎn)換:call *(pa->vptr)[1](C語(yǔ)言的數(shù)組索引從0開始哈~)。

這一項(xiàng)放的是B::g()的入口地址,則就實(shí)現(xiàn)了多態(tài)。(注意bB的vptr指向的是B的虛表vtableB)

另外要注意的是,如上的實(shí)現(xiàn)并不是唯一的,C++標(biāo)準(zhǔn)只要求用這種機(jī)制實(shí)現(xiàn)多態(tài),至于虛指針vptr到底放在一個(gè)對(duì)象布局的哪里,標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有要求,每個(gè)編譯器自己決定。我以上的結(jié)果是根據(jù)g++ 4.3.4經(jīng)過(guò)反匯編分析出來(lái)的。

2、兩種多態(tài)實(shí)現(xiàn)機(jī)制及其優(yōu)缺點(diǎn)

除了c++的這種多態(tài)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制之外,還有另外一種實(shí)現(xiàn)機(jī)制,也是查表,不過(guò)是按名稱查表,是smalltalk等語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)如下:

(1)、按照絕對(duì)位置查表,這種方法由于編譯階段已經(jīng)做好了索引和表項(xiàng)(如上面的call *(pa->vptr[1]) ),所以運(yùn)行速度比較快;缺點(diǎn)是:當(dāng)A的virtual成員比較多(比如1000個(gè)),而B重寫的成員比較少(比如2個(gè)),這種時(shí)候,B的vtableB的剩下的998個(gè)表項(xiàng)都是放A中的virtual成員函數(shù)的指針,如果這個(gè)派生體系比較大的時(shí)候,就浪費(fèi)了很多的空間。

比如:GUI庫(kù),以MFC庫(kù)為例,MFC有很多類,都是一個(gè)繼承體系;而且很多時(shí)候每個(gè)類只是1,2個(gè)成員函數(shù)需要在派生類重寫,如果用C++的虛函數(shù)機(jī)制,每個(gè)類有一個(gè)虛表,每個(gè)表里面有大量的重復(fù),就會(huì)造成空間利用率不高。于是MFC的消息映射機(jī)制不用虛函數(shù),而用第二種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多態(tài),那就是:

(2)、按照函數(shù)名稱查表,這種方案可以避免如上的問(wèn)題;但是由于要比較名稱,有時(shí)候要遍歷所有的繼承結(jié)構(gòu),時(shí)間效率性能不是很高。(關(guān)于MFC的消息映射的實(shí)現(xiàn),看下一篇文章)

3、總結(jié):

如果繼承體系的基類的virtual成員不多,而且在派生類要重寫的部分占了其中的大多數(shù)時(shí)候,用C++的虛函數(shù)機(jī)制是比較好的;

但是如果繼承體系的基類的virtual成員很多,或者是繼承體系比較龐大的時(shí)候,而且派生類中需要重寫的部分比較少,那就用名稱查找表,這樣效率會(huì)高一些,很多的GUI庫(kù)都是這樣的,比如MFC,QT

PS. 其實(shí),自從計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之后,時(shí)間和空間就成了永恒的主題,因?yàn)閮烧咴?8%的情況下都無(wú)法協(xié)調(diào),此長(zhǎng)彼消;這個(gè)就是計(jì)算機(jī)科學(xué)中的根本瓶頸之所在。軟件科學(xué)和算法的發(fā)展,就看能不能突破這對(duì)時(shí)空權(quán)衡了。呵呵

何止計(jì)算機(jī)科學(xué)如此,整個(gè)宇宙又何嘗不是如此呢?最基本的宇宙之謎,還是時(shí)間和空間

posted on 2011-03-07 15:41 luis 閱讀(327) 評(píng)論(0)  編輯 收藏 引用

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