1、第十二章第十二章 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的編譯面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的編譯本章內(nèi)容本章內(nèi)容 概述面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的重要概念和實(shí)現(xiàn)技術(shù)概述面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的重要概念和實(shí)現(xiàn)技術(shù) 以以C+語(yǔ)言為例，介紹如何將語(yǔ)言為例，介紹如何將C+程序翻譯程序翻譯成成C程序程序 實(shí)際的編譯器大都把實(shí)際的編譯器大都把C+程序直接翻譯成低程序直接翻譯成低級(jí)語(yǔ)言程序級(jí)語(yǔ)言程序12.1 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念12.1.1 對(duì)象和對(duì)象類(lèi)對(duì)象和對(duì)象類(lèi) 對(duì)象對(duì)象 由一組屬性和操作于這組屬性的過(guò)程組成由一組屬性和操作于這組屬性的過(guò)程組成 屬性到值的映射稱(chēng)為對(duì)象的狀態(tài)，過(guò)程稱(chēng)為方法屬性到值的映射稱(chēng)為對(duì)象的狀態(tài)，過(guò)程稱(chēng)為方法 對(duì)象類(lèi)對(duì)象類(lèi) 一類(lèi)對(duì)象

2、的總稱(chēng)，規(guī)范了該類(lèi)中對(duì)象的屬性和方一類(lèi)對(duì)象的總稱(chēng)，規(guī)范了該類(lèi)中對(duì)象的屬性和方法，包括它們的類(lèi)型和原型法，包括它們的類(lèi)型和原型 對(duì)象有自己存放屬性的存儲(chǔ)單元；同一個(gè)類(lèi)的對(duì)對(duì)象有自己存放屬性的存儲(chǔ)單元；同一個(gè)類(lèi)的對(duì)象可以共享方法的代碼象可以共享方法的代碼 對(duì)象類(lèi)形成了面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的模塊單元對(duì)象類(lèi)形成了面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的模塊單元 下面將把術(shù)語(yǔ)下面將把術(shù)語(yǔ)“類(lèi)類(lèi)”和和“類(lèi)型類(lèi)型”看成是同義的看成是同義的12.1 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念12.1.2 繼承繼承圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)GraphicalObj translate scale PolyLine translate

3、 scale lengthClosedGraphics area Ellipse translate scale areaPolyGon areaRectanglearea Triangle 12.1 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念繼承繼承 基類(lèi)、派生類(lèi)、子類(lèi)、抽象類(lèi)基類(lèi)、派生類(lèi)、子類(lèi)、抽象類(lèi) 子類(lèi)型規(guī)則子類(lèi)型規(guī)則當(dāng)某個(gè)類(lèi)型的一個(gè)對(duì)象在某個(gè)輸入位置被需要或作當(dāng)某個(gè)類(lèi)型的一個(gè)對(duì)象在某個(gè)輸入位置被需要或作為函數(shù)的返回值時(shí)，其任何子類(lèi)型的對(duì)象允許出現(xiàn)為函數(shù)的返回值時(shí)，其任何子類(lèi)型的對(duì)象允許出現(xiàn)在這些地方在這些地方 類(lèi)類(lèi)B的一個(gè)對(duì)象，若它不同時(shí)是的一個(gè)對(duì)象，若它不同時(shí)是B的某個(gè)真子的某個(gè)真子類(lèi)的

4、對(duì)象，那么稱(chēng)該對(duì)象是類(lèi)的對(duì)象，那么稱(chēng)該對(duì)象是B的的真對(duì)象真對(duì)象，稱(chēng)，稱(chēng)B是該對(duì)象的是該對(duì)象的運(yùn)行時(shí)類(lèi)型運(yùn)行時(shí)類(lèi)型12.1 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念12.1.2 繼承繼承圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)GraphicalObj translate scale PolyLine translate scale lengthClosedGraphics area Ellipse translate scale areaPolyGon areaRectanglearea Triangle B12.1 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念 方法選擇規(guī)則方法選擇規(guī)則如果類(lèi)如果類(lèi)B繼

5、承類(lèi)繼承類(lèi)A并且重寫(xiě)了方法并且重寫(xiě)了方法m，那么對(duì)那么對(duì)類(lèi)類(lèi)B的對(duì)象的對(duì)象b來(lái)說(shuō)來(lái)說(shuō), 即使它作為類(lèi)即使它作為類(lèi)A的對(duì)象使用的對(duì)象使用, 也必須使用在類(lèi)也必須使用在類(lèi)B中定義的方法中定義的方法m12.1 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念12.1.2 繼承繼承圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)GraphicalObj translate scale PolyLine translate scale lengthClosedGraphics area Ellipse translate scale areaPolyGon areaRectanglearea Triangle BA12

6、.1 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念 動(dòng)態(tài)綁定規(guī)則動(dòng)態(tài)綁定規(guī)則當(dāng)對(duì)象當(dāng)對(duì)象o的一個(gè)方法可能被子類(lèi)重新定義時(shí)，的一個(gè)方法可能被子類(lèi)重新定義時(shí)，如果編譯器不能確定如果編譯器不能確定o的運(yùn)行時(shí)類(lèi)型，那么必的運(yùn)行時(shí)類(lèi)型，那么必須對(duì)該方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)綁定須對(duì)該方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)綁定void zoom (GraphicalObj &obj, double zoom_factor, Point &center) obj.translate ( center.x, center.y); / 將將“中心中心”移至移至“點(diǎn)點(diǎn)(0, 0)”obj.scale (zoom_factor); / 縮放縮放1

7、2.1 面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的概念12.1.3 信息封裝信息封裝 大多數(shù)面向?qū)ο笳Z(yǔ)言提供了一種機(jī)制，它可大多數(shù)面向?qū)ο笳Z(yǔ)言提供了一種機(jī)制，它可用來(lái)將類(lèi)的特征分成私有的和公共的用來(lái)將類(lèi)的特征分成私有的和公共的 某些面向?qū)ο笳Z(yǔ)言用不同的上下文區(qū)分作用某些面向?qū)ο笳Z(yǔ)言用不同的上下文區(qū)分作用域，如域，如“在一個(gè)類(lèi)中在一個(gè)類(lèi)中”、“在派生類(lèi)中在派生類(lèi)中”、“在友元類(lèi)中在友元類(lèi)中”等等等等 由編譯器來(lái)實(shí)現(xiàn)這些作用域規(guī)則是簡(jiǎn)單而又由編譯器來(lái)實(shí)現(xiàn)這些作用域規(guī)則是簡(jiǎn)單而又明顯明顯的的 12.2 方法的編譯方法的編譯 先定義一般的圖形對(duì)象類(lèi)先定義一般的圖形對(duì)象類(lèi)GraphicalObj如下如下:clas

8、s GraphicalObj virtual void translate (double x_offset, double y_offset);virtual void scale (double factor);. . . / 可能還有一些其它方法可能還有一些其它方法; 12.2 方法的編譯方法的編譯 class Point : public GraphicalObj double xc, yc; public : void translate (double x_offset, double y_offset) xc += x_offset; yc += y_offset; void s

9、cale (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 &);12.2 方法的編譯方法的編譯 將一個(gè)將一個(gè)C+語(yǔ)言的類(lèi)翻譯成語(yǔ)言的類(lèi)翻譯成C語(yǔ)言的程序段，主語(yǔ)言的程序段，主要工作有如下幾點(diǎn)要工作有如下幾

10、點(diǎn)( (由繼承引出的問(wèn)題暫不考慮由繼承引出的問(wèn)題暫不考慮) ) 將將C+語(yǔ)言中一個(gè)類(lèi)的所有非靜態(tài)屬性構(gòu)成一語(yǔ)言中一個(gè)類(lèi)的所有非靜態(tài)屬性構(gòu)成一個(gè)個(gè)C語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)體類(lèi)型，取類(lèi)的名字作為結(jié)構(gòu)語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)體類(lèi)型，取類(lèi)的名字作為結(jié)構(gòu)體類(lèi)型的名字體類(lèi)型的名字 類(lèi)的靜態(tài)屬性是該類(lèi)的所有對(duì)象所共有的類(lèi)的靜態(tài)屬性是該類(lèi)的所有對(duì)象所共有的, ,應(yīng)應(yīng)當(dāng)翻譯成當(dāng)翻譯成C中的全局變量，但是需要改一個(gè)名中的全局變量，但是需要改一個(gè)名字字 C+語(yǔ)言中類(lèi)的對(duì)象聲明不加翻譯就成了語(yǔ)言中類(lèi)的對(duì)象聲明不加翻譯就成了C語(yǔ)語(yǔ)言中相應(yīng)結(jié)構(gòu)體類(lèi)型的變量聲明言中相應(yīng)結(jié)構(gòu)體類(lèi)型的變量聲明12.2 方法的編譯方法的編譯 將將C+語(yǔ)言中類(lèi)的非靜態(tài)方法

11、翻譯成語(yǔ)言中類(lèi)的非靜態(tài)方法翻譯成C語(yǔ)言的語(yǔ)言的函數(shù)，對(duì)應(yīng)的方法和函數(shù)的區(qū)別有下面幾點(diǎn)：函數(shù)，對(duì)應(yīng)的方法和函數(shù)的區(qū)別有下面幾點(diǎn)： 函數(shù)的名字必須在原來(lái)方法名的基礎(chǔ)上修改函數(shù)的名字必須在原來(lái)方法名的基礎(chǔ)上修改 函數(shù)聲明增加一個(gè)形參函數(shù)聲明增加一個(gè)形參this 在函數(shù)體中出現(xiàn)的函數(shù)調(diào)用也要增加一個(gè)實(shí)參在函數(shù)體中出現(xiàn)的函數(shù)調(diào)用也要增加一個(gè)實(shí)參 在方法中對(duì)本對(duì)象的非靜態(tài)屬性的訪(fǎng)問(wèn)，改成對(duì)在方法中對(duì)本對(duì)象的非靜態(tài)屬性的訪(fǎng)問(wèn)，改成對(duì)this相應(yīng)域的訪(fǎng)問(wèn)。在方法中對(duì)其它對(duì)象的非靜態(tài)相應(yīng)域的訪(fǎng)問(wèn)。在方法中對(duì)其它對(duì)象的非靜態(tài)屬性的訪(fǎng)問(wèn)不必修改屬性的訪(fǎng)問(wèn)不必修改 類(lèi)的靜態(tài)方法在定義和調(diào)用的地方都需要改名類(lèi)的靜態(tài)方法

12、在定義和調(diào)用的地方都需要改名12.2 方法的編譯方法的編譯 方方 法法 函函 數(shù)數(shù) 原型原型 返回類(lèi)型返回類(lèi)型 m(形參表形參表) ) 返回類(lèi)型返回類(lèi)型 fm( (C &this, , 形參表形參表) )調(diào)用調(diào)用 m（實(shí)參表）實(shí)參表）o.n（實(shí)參表）實(shí)參表）fm（this，實(shí)參表）實(shí)參表） fn（o，實(shí)參表）實(shí)參表） 屬性訪(fǎng)問(wèn)屬性訪(fǎng)問(wèn) ko.kthis.ko.k類(lèi)類(lèi)C的方法的方法m被翻譯成函數(shù)被翻譯成函數(shù)fm 12.2 方法的編譯方法的編譯 類(lèi)類(lèi)Point的方法的方法translate翻譯成函數(shù)翻譯成函數(shù)translate_ _5Pointddvoid translate_ _5Poi

13、ntdd(Point this, double x_offset , double y_offset) this.xc += x_offset; this.yc += y _offset;12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)GraphicalObj translate scale PolyLine translate scale lengthClosedGraphics area Ellipse translate scale areaPolyGon areaRectanglearea Triangle BA12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案圖

14、形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)GraphicalObj translate scale PolyLine translate scale lengthClosedGraphics area Ellipse translate scale areaPolyGon areaRectanglearea Triangle B矩形矩形A 若類(lèi)若類(lèi)B直接或間接繼承直接或間接繼承類(lèi)類(lèi)A，類(lèi)類(lèi)B的對(duì)象可用在的對(duì)象可用在類(lèi)類(lèi)A的對(duì)象可用的地方的對(duì)象可用的地方12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)GraphicalObj translate scale Po

15、lyLine translate scale lengthClosedGraphics area Ellipse translate scale areaPolyGon areaRectanglearea Triangle B矩形矩形A 若類(lèi)若類(lèi)B直接或間接繼承直接或間接繼承類(lèi)類(lèi)A，類(lèi)類(lèi)B的對(duì)象可用在的對(duì)象可用在類(lèi)類(lèi)A的對(duì)象可用的地方的對(duì)象可用的地方矩形矩形: 可作為可作為多邊形使用多邊形使用12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)GraphicalObj translate scale PolyLine translate scale lengthC

16、losedGraphics area Ellipse translate scale areaPolyGon areaRectanglearea Triangle B矩形矩形A 編譯器必須能以一種有編譯器必須能以一種有效的方式產(chǎn)生類(lèi)效的方式產(chǎn)生類(lèi)B對(duì)象的對(duì)象的A視圖視圖矩形矩形: 可作為可作為多邊形使用多邊形使用12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)GraphicalObj translate scale PolyLine translate scale lengthClosedGraphics area Ellipse translate scal

17、e areaPolyGon areaRectanglearea Triangle B矩形矩形A 因類(lèi)因類(lèi)A的虛方法可在類(lèi)的虛方法可在類(lèi)B中被重寫(xiě)，又需中被重寫(xiě)，又需B視圖視圖能夠有效地從能夠有效地從A視圖恢復(fù)視圖恢復(fù)矩形矩形: 可作為可作為多邊形使用多邊形使用12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)GraphicalObj translate scale PolyLine translate scale lengthClosedGraphics area Ellipse translate scale areaPolyGon areaRectangle

18、area Triangle B矩形矩形A 因類(lèi)因類(lèi)A的虛方法可在類(lèi)的虛方法可在類(lèi)B中被重寫(xiě)，又需中被重寫(xiě)，又需B視圖視圖能夠有效地從能夠有效地從A視圖恢復(fù)視圖恢復(fù)矩形矩形: 要能恢要能恢復(fù)矩形信息復(fù)矩形信息12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)圖形對(duì)象的繼承層次結(jié)構(gòu)GraphicalObj translate scale PolyLine translate scale lengthClosedGraphics area Ellipse translate scale areaPolyGon areaRectanglearea Triangle B矩形矩形A 需要編譯器為

19、類(lèi)的對(duì)象需要編譯器為類(lèi)的對(duì)象設(shè)計(jì)具有某種靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有某種靈活的結(jié)構(gòu)矩形矩形: 要能恢要能恢復(fù)矩形信息復(fù)矩形信息12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案#include “graphicalobj.h”#include “l(fā)ist.h” #include “point.h”class PolyLine : public GraphicalObj list points; public:void translate (double x_offset, double y_offset);virtual void scale (double factor);virtual double lengt

20、h (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 scale (double factor);double length (void);12.3.1 單一繼承的編譯方案單一繼承的編譯方案12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案void zoom (GraphicalObj &obj,

21、 double zoom_factor, Point &center) obj.translate ( center.x, center.y); / 將將“中心中心”移至移至“點(diǎn)點(diǎn)(0, 0)”obj.scale (zoom_factor); / 縮放縮放如果函數(shù)如果函數(shù)zoom作用于矩形，那么作用于矩形，那么zoom的體必須的體必須調(diào)用調(diào)用Rectangle的縮放函數(shù)，而不是的縮放函數(shù)，而不是PolyLine甚至甚至GraphicalObj的縮放函數(shù)的縮放函數(shù) 12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案編譯器怎樣有效地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)綁定？編譯器怎樣有效地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)綁定？ 編譯器為每個(gè)類(lèi)建立一個(gè)方

22、法表，它們包含該編譯器為每個(gè)類(lèi)建立一個(gè)方法表，它們包含該類(lèi)或它的超類(lèi)中所有定義為類(lèi)或它的超類(lèi)中所有定義為virtual的方法的入的方法的入口口 每個(gè)對(duì)象在每個(gè)對(duì)象在C程序中有對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體，再為這程序中有對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體，再為這種結(jié)構(gòu)體增加一個(gè)域，該域是方法表的指針?lè)N結(jié)構(gòu)體增加一個(gè)域，該域是方法表的指針 繼承類(lèi)方法表的產(chǎn)生繼承類(lèi)方法表的產(chǎn)生首先拷貝基類(lèi)的方法表，被重新定義的方法由新首先拷貝基類(lèi)的方法表，被重新定義的方法由新的定義覆蓋的定義覆蓋然后把新引入的方法追加到這張表上然后把新引入的方法追加到這張表上12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案圖形對(duì)象的不同子類(lèi)的方法表圖形對(duì)象的不同子類(lèi)的方法表Gra

23、phicalObjPolyLineRectangle length_RA scale_RA translate_PL length_PL scale_PL translate_PL scale_GO translate_GO12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案Rectangle的對(duì)象表示的對(duì)象表示 length_RA scale_RA translate_PL side2_length side1_length points 視圖：視圖： GraphicalObj PolyLine RectangleRectangle 方法表方法表12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案12.3.2 重復(fù)繼承

24、的編譯方案重復(fù)繼承的編譯方案重復(fù)繼承對(duì)語(yǔ)言定義和編譯器設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，都重復(fù)繼承對(duì)語(yǔ)言定義和編譯器設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，都具有很大的挑戰(zhàn)性具有很大的挑戰(zhàn)性 B1和和B2之之間的沖突與矛盾間的沖突與矛盾 重復(fù)繼承重復(fù)繼承 可以有多個(gè)實(shí)例可以有多個(gè)實(shí)例 只能有一個(gè)實(shí)例只能有一個(gè)實(shí)例AB1B2C12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案B1和和B2之之間的沖突與矛盾間的沖突與矛盾這是這是語(yǔ)言定義問(wèn)題語(yǔ)言定義問(wèn)題，解決辦法：，解決辦法： 將將B1定義為主要后代，沖突解決優(yōu)先于定義為主要后代，沖突解決優(yōu)先于B1 語(yǔ)言允許重新命名被繼承的特征語(yǔ)言允許重新命名被繼承的特征 語(yǔ)言提供顯式地手段來(lái)解決沖突語(yǔ)言提供顯式地手段來(lái)解決沖突

25、 B1:n或或B2:n 實(shí)現(xiàn)起來(lái)并無(wú)什么困難，實(shí)現(xiàn)起來(lái)并無(wú)什么困難，只涉及到編譯器符號(hào)表的只涉及到編譯器符號(hào)表的組織和管理問(wèn)題組織和管理問(wèn)題AB1B2C12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案重復(fù)繼承的多個(gè)實(shí)例重復(fù)繼承的多個(gè)實(shí)例附加（附加（B1）AA附加（附加（B2）附加（附加（C）附加（附加（B1）A附加（附加（B2）附加（附加（C）重復(fù)繼承的單個(gè)實(shí)例重復(fù)繼承的單個(gè)實(shí)例下面兩種方式都有應(yīng)用，僅討論前者下面兩種方式都有應(yīng)用，僅討論前者12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案獨(dú)立的重復(fù)繼承的編譯方案獨(dú)立的重復(fù)繼承的編譯方案 繼承類(lèi)繼承類(lèi)C的對(duì)象包含基類(lèi)的對(duì)象包含基類(lèi)B1和和B2的完整拷貝的完整拷貝 來(lái)自基類(lèi)的繼承是相互獨(dú)來(lái)自基類(lèi)的繼承是相互獨(dú)立的立的B1B2附加（附加（C）獨(dú)立的重復(fù)繼承時(shí)的獨(dú)立的重復(fù)繼承時(shí)的對(duì)象結(jié)構(gòu)（程序視圖）對(duì)象結(jié)構(gòu)（程序視圖）12.3 繼承的編譯方案繼承的編譯方案重復(fù)繼承在下述情況導(dǎo)致沖突和二義重復(fù)繼承在下述情況導(dǎo)致沖突和二義 當(dāng)多實(shí)例的特征被用于訪(fǎng)問(wèn)、當(dāng)多實(shí)例的特征被用于訪(fǎng)問(wèn)、調(diào)用和覆蓋的時(shí)候調(diào)用和覆蓋的時(shí)候 當(dāng)類(lèi)當(dāng)類(lèi)C的對(duì)象的的對(duì)象的A視圖被建立視圖被建立