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胞溥
5 years ago
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1 第十二章面向对象语言的编译本章内容概述面向对象语言的重要概念和实现技术以 C++ 语言为例, 介绍如何将 C++ 程序翻译成 C 程序实际的编译器大都把 C++ 程序直接翻译成低级语言程序

2 12.1 面向对象语言的概念对象和对象类对象由一组属性和操作于这组属性的过程组成属性到值的映射称为对象的状态, 过程称为方法对象类一类对象的总称, 规范了该类中对象的属性和方法, 包括它们的类型和原型对象有自己存放属性的存储单元 ; 同一个类的对象可以共享方法的代码对象类形成了面向对象语言的模块单元下面将把术语类和类型看成是同义的

3 12.1 面向对象语言的概念继承图形对象的继承层次结构 GraphicalObj Ellipse ClosedGraphics Rectangle PolyGon PolyLine length Triangle

4 12.1 面向对象语言的概念继承基类派生类子类抽象类子类型规则当某个类型的一个对象在某个输入位置被需要或作为函数的返回值时, 其任何子类型的对象允许出现在这些地方类 B 的一个对象, 若它不同时是 B 的某个真子类的对象, 那么称该对象是 B 的真对象, 称 B 是该对象的运行时类型

5 12.1 面向对象语言的概念继承图形对象的继承层次结构 GraphicalObj Ellipse ClosedGraphics B Rectangle PolyGon PolyLine length Triangle

6 12.1 面向对象语言的概念方法选择规则如果类 B 继承类 A 并且重写了方法 m, 那么对类 B 的对象 b 来说, 即使它作为类 A 的对象使用, 也必须使用在类 B 中定义的方法 m

7 12.1 面向对象语言的概念继承图形对象的继承层次结构 GraphicalObj A Ellipse ClosedGraphics B Rectangle PolyGon PolyLine length Triangle

8 12.1 面向对象语言的概念动态绑定规则当对象 o 的一个方法可能被子类重新定义时, 如果编译器不能确定 o 的运行时类型, 那么必须对该方法进行动态绑定 void zoom (GraphicalObj &obj, double } zoom_factor, Point &center) { obj. ( center.x, center.y); // 将中心移至点 (0, 0) obj. (zoom_factor); // 缩放

9 12.1 面向对象语言的概念信息封装大多数面向对象语言提供了一种机制, 它可用来将类的特征分成私有的和公共的某些面向对象语言用不同的上下文区分作用域, 如在一个类中在派生类中在友元类中等等由编译器来实现这些作用域规则是简单而又明显的

10 12.2 方法的编译先定义一般的图形对象类 GraphicalObj 如下 : class GraphicalObj { virtual void (double x_offset, double y_offset); virtual void (double factor);... // 可能还有一些其它方法 };

11 12.2 方法的编译 class Point : public GraphicalObj { double xc, yc; public : void (double x_offset, double y_offset) { xc += x_offset; yc += y_offset; } void (double factor) { xc *= factor; yc *= factor; } Point(double x0 = 0, double y0 = 0) {xc = x0; yc = y0; } void set(double x0, double y0) {xc = x0; yc = y0;} double x(void) {return xc;} double y(void) {return yc;} double dist (Point &); };

12 12.2 方法的编译将一个 C++ 语言的类翻译成 C 语言的程序段, 主要工作有如下几点 ( 由继承引出的问题暂不考虑 ) 将 C++ 语言中一个类的所有非静态属性构成一个 C 语言的结构体类型, 取类的名字作为结构体类型的名字类的静态属性是该类的所有对象所共有的, 应当翻译成 C 中的全局变量, 但是需要改一个名字 C++ 语言中类的对象声明不加翻译就成了 C 语言中相应结构体类型的变量声明

13 12.2 方法的编译将 C++ 语言中类的非静态方法翻译成 C 语言的函数, 对应的方法和函数的区别有下面几点 : 函数的名字必须在原来方法名的基础上修改函数声明增加一个形参 this 在函数体中出现的函数调用也要增加一个实参在方法中对本对象的非静态属性的访问, 改成对 this 相应域的访问在方法中对其它对象的非静态属性的访问不必修改类的静态方法在定义和调用的地方都需要改名

14 12.2 方法的编译类 C 的方法 m 被翻译成函数 fm 原型方法函数返回类型 m( 形参表 ) 返回类型 fm(c &this, 形参表 ) 调用 m( 实参表 ) o.n( 实参表 ) 属性访问 k o.k fm(this, 实参表 ) fn(o, 实参表 ) this.k o.k

15 12.2 方法的编译类 Point 的方法翻译成函数 5Pointdd void 5Pointdd(Point this, double x_offset, double y_offset) { this.xc += x_offset; this.yc += y _offset; }

16 图形对象的继承层次结构 GraphicalObj Ellipse B ClosedGraphics A Rectangle PolyGon PolyLine length Triangle

17 图形对象的继承层次结构 GraphicalObj Ellipse B ClosedGraphics A Rectangle 若类 B 直接或间接继承类 A, 类 B 的对象可用在类 A 的对象可用的地方 PolyGon 矩形 PolyLine length Triangle

18 图形对象的继承层次结构 GraphicalObj Ellipse B ClosedGraphics A Rectangle 若类 B 直接或间接继承类 A, 类 B 的对象可用在类 A 的对象可用的地方 PolyGon 矩形 PolyLine length 矩形 : 可作为多边形使用 Triangle

19 图形对象的继承层次结构 GraphicalObj Ellipse B ClosedGraphics A Rectangle 编译器必须能以一种有效的方式产生类 B 对象的 A 视图 PolyGon 矩形 PolyLine length 矩形 : 可作为多边形使用 Triangle

20 图形对象的继承层次结构 GraphicalObj Ellipse B ClosedGraphics A Rectangle 因类 A 的虚方法可在类 B 中被重写, 又需 B 视图能够有效地从 A 视图恢复 PolyGon 矩形 PolyLine length 矩形 : 可作为多边形使用 Triangle

21 图形对象的继承层次结构 GraphicalObj Ellipse B ClosedGraphics A Rectangle 因类 A 的虚方法可在类 B 中被重写, 又需 B 视图能够有效地从 A 视图恢复 PolyGon 矩形 PolyLine length 矩形 : 要能恢复矩形信息 Triangle

22 图形对象的继承层次结构 GraphicalObj Ellipse B ClosedGraphics A Rectangle 需要编译器为类的对象设计具有某种灵活的结构 PolyGon 矩形 PolyLine length 矩形 : 要能恢复矩形信息 Triangle

23 单一继承的编译方案 #include graphicalobj.h #include list.h #include point.h class PolyLine : public GraphicalObj { list <Point> points; public: void (double x_offset, double y_offset); virtual void (double factor); virtual double length (void); }; #include polyline.h class Rectangle : public PolyLine { double side1_length, double side2_length; public : Rectangle (double s1_len, double s2_len, double x_angle = 0); void (double factor); double length (void); };

24 void zoom (GraphicalObj &obj, double zoom_factor, Point &center) { obj. ( center.x, center.y); // 将中心移至点 (0, 0) obj. (zoom_factor); // 缩放 } 如果函数 zoom 作用于矩形, 那么 zoom 的体必须调用 Rectangle 的缩放函数, 而不是 PolyLine 甚至 GraphicalObj 的缩放函数

25 编译器怎样有效地实现动态绑定? 编译器为每个类建立一个方法表, 它们包含该类或它的超类中所有定义为 virtual 的方法的入口每个对象在 C 程序中有对应的结构体, 再为这种结构体增加一个域, 该域是方法表的指针继承类方法表的产生首先拷贝基类的方法表, 被重新定义的方法由新的定义覆盖然后把新引入的方法追加到这张表上

26 图形对象的不同子类的方法表 _GO _PL _PL _GO _PL _RA length_pl length_ra GraphicalObj PolyLine Rectangle

27 Rectangle 的对象表示 points side1_length side2_length _PL _RA length_ra Rectangle 方法表视图 : GraphicalObj PolyLine Rectangle

28 重复继承的编译方案重复继承对语言定义和编译器设计来说, 都具有很大的挑战性 B1 和 B2 之间的冲突与矛盾重复继承 A 可以有多个实例只能有一个实例 B1 B2 C

29 B1 和 B2 之间的冲突与矛盾这是语言定义问题, 解决办法 : 将 B1 定义为主要后代, 冲突解决优先于 B1 语言允许重新命名被继承的特征语言提供显式地手段来解决冲突 A B1::n 或 B2::n 实现起来并无什么困难, 只涉及到编译器符号表的组织和管理问题 B1 C B2

30 下面两种方式都有应用, 仅讨论前者 A A 附加 (B1) A 附加 (B2) 附加 (C) 附加 (B1) 附加 (B2) 附加 (C) 重复继承的多个实例重复继承的单个实例

31 独立的重复继承的编译方案继承类 C 的对象包含基类 B1 和 B2 的完整拷贝来自基类的继承是相互独立的 B1 B2 附加 (C) 独立的重复继承时的对象结构 ( 程序视图 )

32 重复继承在下述情况导致冲突和二义当多实例的特征被用于访问调用和覆盖的时候当类 C 的对象的 A 视图被建立时, 因为类 C 的对象包含多个类 A 子对象可见性规则可以在某些情况下帮助避免这些困难 B1 B2 附加 (C) 独立的重复继承时的对象结构 ( 程序视图 )

33 独立的重复继承的对象结构 ( 实现视图 ) ( 把单一继承的编译方案加以扩充 ) C 引用,B1 引用 B1 方法 C 方法表 B2 引用 B1 B2 B2 方法 C 方法 B2 方法 C::B2 方法表附加 (C)

34 C 对象的 B1 视图是 C 视图的开头部分 C 视图的开头部分不能作为 B2 视图 C 引用,B1 引用 B1 方法 C 方法表 B2 引用 B1 B2 B2 方法 C 方法 B2 方法 C::B2 方法表附加 (C)

35 困难的事情是, 从 B2 的视图来恢复 C 的视图, 因为不知 B2 引用和 C 引用的距离 C 引用,B1 引用 B1 方法 C 方法表 B2 引用 B1 B2 B2 方法 C 方法 B2 方法 C::B2 方法表附加 (C)

36 编译器把用于确定所需视图的偏移存放在方法表中下邻该方法指针的地方 C 引用,B1 引用 B1 方法 C 方法表 B2 引用 B1 B2 B2 方法 C 方法 B2 方法 C::B2 方法表附加 (C)

37 独立的重复继承的对象结构 ( 实际视图 ) C 引用,B1 引用 B1 方法 B2 引用 B1 C 方法 C 方法表 B2 B2 方法附加 (C)

38 习题

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<4D F736F F F696E74202D20B5DA39D5C220C3E6CFF2B6D4CFF3D3EFD1D4B5C4B1E0D2EB2E BBCE6C8DDC4A3CABD5D> 第 9 章面向对象语言的编译本章内容概述面向对象语言的重要概念和实现技术以 C++ 语言为例, 介绍如何将 C++ 程序翻译成 C 程序实际的编译器大都把 C++ 程序直接翻译成低级语言程序 91 9.1 面向对象语言的概念 9.1.1 对象和对象类对象由一组属性和操作于这组属性的过程组成属性到值的映射称为对象的状态, 过程称为方法对象类一类对象的总称, 规范了该类中对象的属性和方法,