C++和java多態的區別
以前我有個錯誤的觀點：即使在C++和java中多態性的實現機制可能不同，但它們的表現形式應該相同，也就是說如果代碼結構相同，那么執行結果也應該相同。可惜事與愿違，事情并不總是我想象中的那樣子，那么C++和java多態到底有何區別呢?
首先我們提一下多態性的概念。根據Bjarne Stoustrup的說法，多態性其實就是方法調用的機制，也就是說當在編譯時無法確定一個對象的實際類型時，應當能夠在運行時基于對象的實際類型來決定調用的具體方法(動態綁定)。
我們先來看一下在C++中的函數調用方式：
- 普通函數調用：具體調用哪個方法在編譯時間就可以決定(通過查找編譯器的符號表)，同時在使用標準過程調用機制基礎上增加一個表示對象身份的指針(this指針)。
- 虛函數調用：函數調用依賴于對象的實際類型，一般地說，對象的實際類型只能在運行時間才能確定。虛函數一般要有兩個步驟來支持，首先每一個類產生出一堆指向虛函數的指針，放在表格中，這個表格就叫虛函數表(virtual table);然后每一個類對象(class object)會添加一個指向相關虛函數表(virtual table)的指針，通常這個指針叫做vptr。
在java中又是如何的呢?恩，區別還是滿大的。在java虛擬機中，類實例的引用就是指向一個句柄(handle)的指針，而該句柄(handle)其實是一對指針：其中一個指針指向一張表，該表格包含了對象的方法列表以及一個指向類對象(表示對象類型)的指針;另一個指針指向一塊內存地址，該內存是從java堆中為對象的數據而分配出來的。
這時，你可能會說，好象差不多嘛，不是都要維護一張函數表嗎?別急，讓我們先看一下例子，這樣你就能更好的理解它們之間的區別到底有多大了。
下面是C++和java的例子，不看后面的答案，你能夠正確說出它們的執行結果嗎?
例1：C++
- class Base
- {
- public:
- Base()
- {
- init();
- }
- virtual ~Base() {}
- public:
- virtual void do_init()
- {
- init();
- }
- protected:
- virtual void init()
- {
- cout << "in Base::init()" << endl;
- }
- };
- class Derived : public Base
- {
- public:
- Derived()
- {
- init();
- }
- protected:
- void init()
- {
- cout << "in Derived::init()" << endl;
- }
- };
- int main(int argc, char* argv[])
- {
- Base* pb;
- pb = new Derived();
- delete pb;
- return 0;
- }
例2：java
- class Base
- {
- public Base()
- {
- init();
- }
- protected void init()
- {
- System.out.println("in Base::init()");
- }
- public void do_init()
- {
- init();
- }
- }
- class Derived extends Base
- {
- public Derived()
- {
- init();
- }
- protected void init()
- {
- System.out.println("in Derived::init()");
- }
- }
- public class Test
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- Base base = new Derived();
- }
- }
例1的執行結果是：
- in Base::init()
- in Derived::init()
例2的執行結果是：
- in Derived::init()
- in Derived::init()
看了結果后，你是馬上頓悟呢抑或是處于疑惑中呢?ok,我們來分析一下兩個例子的執行過程。
首先看一下例1(C++的例子)：
1. Base* pb; 只是聲明，不做什么。
2. pb = new Derived();
1) 調用new操作符，分配內存。
2) 調用基類(本例中是Base)的構造函數
3) 在基類的構造函數中調用init()，執行程序首先判斷出當前對象的實際類型是Base(Derived還沒構造出來，當然不會是Derived)，所以這里調用的是Base::init()。
4) 調用派生類(本例中是Derived)的構造函數，在這里同樣要調用init()，執行程序判斷出當前對象的實際類型是Derived，調用Derived::init()。
3. delete pb; 無關緊要。
例2(java的例子)的執行過程：
1. Base base = new Derived();
1) 分配內存。
2) 調用基類(本例中是Base)的構造函數
3) 在基類的構造函數中調用init()，執行程序首先判斷出當前對象的實際類型是Derived(對，Derived已經構造出來，它的函數表當然也已經確定了)所以這里調用的是Derived::init()。
4) 調用派生類(本例中是Derived)的構造函數，在這里同樣要調用init()，執行程序判斷出當前對象的實際類型是Derived，調用Derived::init()。
明白了吧。java中的類對象在構造前(調用構造函數之前)就已經存在了，其函數表和對象類型也已經確定了，就是說還沒有出生就已經存在了。而C++中只有在構造完畢后(所有的構造函數都被成功調用)才存在，其函數表和對象的實際類型才會確定。所以這兩個例子的執行結果會不一樣。當然，構造完畢后，C++與java的表現就都一樣了，例如你調用Derived::do_init()的話，其執行結果是：
- in Derived::init()
個人認為，java中的多態實現機制沒有C++中的好。還是以例子說明吧：
例子3：C++
- class Base
- {
- public:
- Base()
- {
- init();
- }
- virtual ~Base() {}
- protected:
- int value;
- virtual void init()
- {
- value = 100;
- }
- };
- class Derived : public Base
- {
- public:
- Derived()
- {
- init();
- }
- protected:
- void init()
- {
- cout << "value = " << value << endl;
- // 做一些額外的初始化工作
- }
- };
- int main(int argc, char* argv[])
- {
- Base* pb;
- pb = new Derived();
- delete pb;
- return 0;
- }
例4：java
- class Base
- {
- public Base()
- {
- init();
- }
- protected int value;
- protected void init()
- {
- value = 100;
- }
- }
- class Derived extends Base
- {
- public Derived()
- {
- init();
- }
- protected void init()
- {
- System.out.println("value = " + value);
- // 做一些額外的初始化工作
- }
- }
- public class Test
- {
- public static void main(String[] args)
- {
- Base base = new Derived();
- }
- }
例3的執行結果是：
- value = 10
例4的執行結果是：
- value = 0
- value = 0
從以上結果可以看出，java例子中應該被初始化的值(這里是value)沒有被初始化，派生類根本不能重用基類的初始化函數。試問，如果初始化要在構造時完成，并且初始化邏輯比較復雜，派生類也需要額外的初始化，派生類是不是需要重新實現基類的初始化函數呢?這樣的面向對象方法好不好呢?歡迎大家討論。
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