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java方法调用之动态调用多态(重写override)的实现原理——方法

归档日期:07-26       文本归类:动多态      文章编辑:爱尚语录

  上两篇篇博文讨论了java的重载(overload)与重写(override)、静态分派与动态分派,这篇博文讨论下动态分派的实现方法,即多态override的实现原理。

  本文大部分内容来自于IBM的博文多态在Java和 C++编程语言中的实现比较 。这里写一遍主要是加深自己的理解,方便以后查看,加入了一些自己的见解及行文组织,不是出于商业目的,如若需要下线,请告知。

  基于基类的调用和基于接口的调用,从性能上来讲,基于基类的调用性能更高。因为invokevirtual是基于偏移量的方式来查找方法的,而invokeinterface是基于搜索的。

  多态是面向对象程序设计的重要特性。多态允许基类的引用指向派生类的对象,而在具体访问时实现方法的动态绑定。

  java对方法动态绑定的实现方法主要基于方法表,但是这里分两种调用方式invokevirtual和invokeinterface,即类引用调用和接口引用调用。类引用调用只需要修改方法表的指针就可以实现动态绑定(具有相同签名的方法,在父类、子类的方法表中具有相同的索引号),而接口引用调用需要扫描整个方法表才能实现动态绑定(因为,一个类可以实现多个接口,另外一个类可能只实现一个接口,无法具有相同的索引号。这句如果没有看懂,继续往下看,会有例子。写到这里,感觉自己看书时,有的时候也会不理解,看不懂,思考一段时间,还是不明白,做个标记,继续阅读吧,然后回头再看,可能就豁然开朗。)。

  类引用调用的大致过程为:java编译器将java源代码编译成class文件,在编译过程中,会根据静态类型将调用的符号引用写到class文件中。在执行时,JVM根据class文件找到调用方法的符号引用,然后在静态类型的方法表中找到偏移量,然后根据this指针确定对象的实际类型,使用实际类型的方法表,偏移量跟静态类型中方法表的偏移量一样,如果在实际类型的方法表中找到该方法,则直接调用,否则,按照继承关系从下往上搜索。

  从上图可以清楚地看到调用方法的指针指向。而且可以看出相同签名的方法在方法表中的偏移量是一样的。这个偏移量只是说Boy方法表中的继承自Object类的方法、继承自Person类的方法的偏移量与Person类中的相同方法的偏移量是一样的,与Girl是没有任何关系的。

  (2)查看Person的方法表,得到speak方法在该方法表的偏移量(假设为15),这样就得到该方法的直接引用。

  (4)根据对象的实际类型得到该实际类型对应的方法表,根据偏移量15查看有无重写(override)该方法,如果重写,则可以直接调用;如果没有重写,则需要拿到按照继承关系从下往上的基类(这里是Person类)的方法表,同样按照这个偏移量15查看有无该方法。

  从上图可以看到IDance接口中的方法dance()在Dancer类的方法表中的偏移量跟在Snake类的方法表中的偏移量是不一样的,因此无法仅根据偏移量来进行方法的调用。(这句话在理解时,要注意,只是为了强调invokeinterface在查找方法时不再是基于偏移量来实现的,而是基于搜索的方式。)应该这么说,dance方法在IDance方法表(如果有的话)中的偏移量与在Dancer方法表中的偏移量是不一样的。

  因此,要在Dancer的方法表中找到dance方法,必须搜索Dancer的整个方法表。

  下面写一个,如果Dancer中没有重写(override)toString方法,会发生什么?

  这篇博文讨论了invokevirtual和invokeinterface的内部实现的区别,以及override的实现原理。下一步,打算讨论下invokevirtual的具体实现细节,如:如何实现符号引用到直接引用的转换的?可能会看下OpenJDK底层的C++实现。

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