第十五回繼承本質論

1、第十五回：繼承本質論發(fā)布日期：2007.9.10 作者：Anytao2007，作品，請注明作者和出處。本文將介紹以下內容：繼承？繼承的實現(xiàn)本質1.引言關于繼承，你是否駕熟就輕，關于繼承，你是否了如指掌。繼承的基本概念，回歸本質，從編譯器運行的角度來揭示.NET 繼承中的運本文不行本源，來發(fā)現(xiàn)子類對象是如何實現(xiàn)了對父類成員與方法的繼承，以最為簡陋的示例來揭示繼承的實質，闡述繼承機制是如何被執(zhí)行的，這對于更好的理解繼承，是必要且必然的。2. 分析下面首先以一個簡單的動物繼承體系為例，來進行說明：public abstract class Animalpublic abstract void Sho

2、wType(); public void Eat()Console.Wriine(Animal always eat.);public class Bird: AnimalaVXOGZK YZXOTM Z_VK # (OXJ !VHROI UKXXOJK UOJ 9NU:_VK a)UTYURK =XOOTK :_VK OY a c Z_VK !cVXOGZK YZXOTM IURUX!VHROI YZXOTM )URUXaMKZ a XKZXT IURUX! cYKZ a IURUX # GRK! cccVHROI IRGYY )NOIQKT (OXJaVXOGZK YZXOTM Z_VK

3、# )NOIQKT !VHROI UKXXOJK UOJ 9NU:_VK a)UTYURK =XOOTK :_VK OY a c Z_VK !cVHROI UOJ 9NU)URUX a)UTYURK =XOOTK )URUX OY a c )URUX !然后，在測試類中創(chuàng)建各個類對象，由于 Animal 為抽象類，cken 對象。只創(chuàng)建 Bird 對象和 Chi下面從編譯角度對這一簡單的繼承示例進行深入分析，從而了解.NET強調的繼承機制。是如何實現(xiàn)（1）簡要的分析一下對象的創(chuàng)建過程：Bird bird 創(chuàng)建的是一個 Bird 類型的，而 new Bird()完成的是創(chuàng)建 Bird 對象，分配

4、內存空間和初始化操作，然后將這個對象賦給 bird象的關聯(lián)。，也就是建立 bird與 Bird 對（2）從繼承的角度來分析在編譯器編譯期是如何執(zhí)行對象的創(chuàng)建過程，因為繼承的本質就體現(xiàn)于對象的創(chuàng)建過程。在此以Chicken 對象的創(chuàng)建為例，首先是字段，對象一經創(chuàng)建，會首先找到其父類 Bird，并為其字段分配空間，而 Bird 也會繼續(xù)找到其父類 Animal，為其分配空間，依次類推直到遞歸結束，也就是完成 System.Object 內存分配為止?？梢栽诰幾g器中單步執(zhí)行的方法來大致了解其分配的過程和順序，因此，對象的創(chuàng)建過程是按照順序完成了對整個父類及其本身字段的內存創(chuàng)建，并且字段的順序是由上到

5、下排列，object 類的(OXJ GTOSGR # TK (OXJ !VHROI IRGYY :KYZ/TNKXOZGTIKaVHROI YOI UOJ 3GOT a(OXJ HOXJ # TK (OXJ !)NOIQKT INOIQKT # TK )NOIQKT !cccc字段排在最前面，其原因是如果父類和子類出現(xiàn)了同名字段，則在子類對象創(chuàng)建時，編譯器會自動認為這是兩個不同的字段而加以區(qū)別。然后，是方法表的創(chuàng)建，必須明確的一點是方法表的創(chuàng)建是類第一次加載到 CLR 時完成的，在對象創(chuàng)建時只是將其附加成員 TypeHandle 指向方法列表在 Loader Heap 上的地址，將對象與其動態(tài)

6、方法列表相關聯(lián)起來，因此方法表是先于對象而存在的。類似于字段的創(chuàng)建過程，方法表的創(chuàng)建也是父類在先子類在后，原因是顯而易見的，類 Chicken 生成方法列表時，首先將 Bird 的所有方法拷貝一份，然后和 Chicken 本身的方法列表做以對比，如果有覆寫的虛方法則以子類方法覆蓋同名的父類方法，同時添加子類的新方法，從而創(chuàng)建完成 Chicken的方法列表。這種創(chuàng)建過程也是逐層遞歸到 Object 類，并且方法列表中也是按照順序排列的，父類子類在后，其原因和字段大同小異，留待讀者自己體味。結合如下：的分析過程，現(xiàn)在將對象創(chuàng)建的過程以簡單的圖例來揭示其在內存中的分配情形，htt/從下的分析，和上面

7、的對象創(chuàng)建過程可見，對繼承的本質有了更明確的認識，對于以就有了清晰明白的：繼承是可傳遞的，子類是對父類的擴展，必須繼承父類方法，同時可以添加新方法。子類可以調用父類方法和字段，而父類不能調用子類方法和字段。虛方法如何實現(xiàn)覆寫操作，使得父類指針可以指向子類對象成員。new 關鍵字在虛方法繼承中的阻斷作用。你是否已經找到了理解繼承、理解動態(tài)編譯的不二。3. 思考通過上面的講述與分析，基本上對.NET 在編譯期的實現(xiàn)原理有了大致的了解，但是還有以下，一定會引起一定的疑惑，那就是：(OXJ HOXJ # TK )NOIQKT !這種情況下，bird2.ShowType 應該返回什么值呢？而 bird2

8、.type 有該是什么值呢？有兩個原則，是.NET 專門用于解決這一問題的：關注對象原則：調用子類還是父類的方法，取決于創(chuàng)建的對象是子類對象還是父類對象，而不是它的類型。例如 Bird bird2 = new Chicken()時，關注的是其創(chuàng)建對象為 Chicken 類型，因此子類將繼承父類的字段和方法，或者覆寫父類的虛方法，而不用關注 bird2 的類型是否為 Bird。類型不同的區(qū)別決定了不同的對象在方法表中不同的權限。注意根據關注對象原則，那么下面的兩種情況又該如何區(qū)別呢？根據上文的分析，bird2 對象和 chicken 對象在內存布局上是一樣的，差別就在于其指針的類型不同：bird

9、2 為 Bird 類型指針，而 chicken 為 Chicken 類型指針。以方法調用為例，不同的類型指針在虛擬方法表中有不同的附加信息作為標志來區(qū)別其的地址區(qū)域，稱為 offset。不同類型的指針只能在其特定地址區(qū)域內進行執(zhí)行，子類覆蓋父類時會保證其地址區(qū)域的一致性，從而解決了不同的類型具有不同的權限問題。(OXJ HOXJ # TK )NOIQKT !)NOIQKT INOIQKT # TK )NOIQKT !執(zhí)行就近原則：對于同名字段或者方法，編譯器是按照其順序查找來的，也就是首先 離它創(chuàng)建最近的字段或者方法，例如上例中的 bird2，是 Bird 類型，因此會首先 Bird_type

10、（注意編譯器是不會重新命名的，在此是為區(qū)分起見），如果 t ype 類型設為 public，則在此將返回“Bird”值。這也就是為什么在對象創(chuàng)建時必須將字段按順序排列，而父類要先于子類編譯的原因了。思考1.分析到 bird2.type 的值是“Bird”，那么 bird2.ShowType()會顯示什么值呢？上面是“Type is Chicken”，根據本文上面的分析，想想到底為什么？2.關于 new 關鍵字在虛方法動態(tài)調用中的阻斷作用，也有了更明確的理論基礎。在子類方法中，如果標記 new 關鍵字，則意味著隱藏基類實現(xiàn)，其實就是創(chuàng)建了與父類同名的另一個方法，在編譯中這兩個方法處于動態(tài)方法表的不同地址位置，父類方法排法排在后面。面，子類方4. 結論在.NET 中，如果創(chuàng)建一個類，則該類總是在繼承。這緣于.NET