首先考虑,people a; 这样的代码在编译器中将如何实现?可以肯定是首先将把类型people绑定到对象a上,然后必须为对象a分配空间。同时,我们创建people的子类man,由于man IS A people。根据多态以及替换原则,我们当然可以让对象a保存一个man类型的值(这就是替换原则的表现)。这是一种直观的描述,但在编程语言的实现过程中就出现一些困难。我们知道继承是一种扩展接口与实现的方式,那么我们就很难保证man类型不对people类型做扩展,而一旦做出扩展,我们如何能用存储people对象的空间去存储man类型的对象值呢?
people a;
man b=new man();
a=b;
这样的代码将首先把b对象进行切割,然后再存储到a对象空间去。然而这并不是我们所期望的。那么,为了支持OOP的继承,多态,替换原则,但却需要避免对象切割的发生,面对对象a我们将采用何种分配空间模型呢?常用的有下面三种方式:
1, 只为a分配基类people的存储空间,不支持对象多态以及替换原则。这样的模型内存分配紧凑,存储效率很高。
2, 分配继承树中的最大类对象所需要空间(在这里是man类的对象值空间),这样的模型简单,同时可以实现多态和替换原则而避免对象切割问题,但是十分浪费内存空间十分明显。
3, 只分配用于保存一个指针所需要的存储空间,在运行时通过堆来分配对象实际类型所需要的空间大小,这样也可以实现多态和替换原则而避免对象切割问题。(也就是说a只是一个,m对象的引用,而不是真实的对象,真实对象的生成必须靠程序员显式的声明)。
对于上面提到的三种内存模型,1和3都被一些程序设计语言所采用。相信说到这里,大家应该开始慢慢明白了。是的,C++作为C语言的继承者,对于效率的追求迫使它必须采用第一种最小静态空间分配的方式,由于基于栈空间的程序运行效率要比基于堆空间的程序运行效率高出许多,所以C++允许用栈空间保存对象,但同时也允许堆空间保存对象,可以说C++是采用了1和3两种相混合的内存模型,而C++中基于1内存模型的对象,也就是说基于栈内存空间的对象是没有办法体现多态和替换原则的(请思考一下在C++中什么对象是基于栈的),而基于3内存模型的对象将支持多态和替换原则(又想一想在C++中什么对象是基于堆的)。这里,我们终于可以揭开第一层迷雾了,很多人都知道在C++中只有指针和引用才能支持对象的多态行为,但是为什么会如此?上面做出了最好的解释。
Java语言由于设计理念和C++有着很大的区别,它采用的是第3种对象模型,一切对象(除了基本类型对象)都是基于堆分配的。这也是Java语言必须采用虚拟机的原因所在。在C++中很大一部分对象是不需要程序员进行管理的(静态空间对象),而在Java中,如果不采用虚拟机机制,所有的对象都需要程序员管理,而这样的开发代价将是巨大而不现实的。这也就揭开了第二层迷雾,当我们在对比C++和Java语言的时候总是为虚拟机是否有其价值而争论不休,但当你抛开所谓的好与不好的简单讨论,进入到其语言本身的内在对象存储本质的时候,也许对于各种声音才会有一个属于自己的清醒认识。
让我们继续望下走,不同的对象内存分配模型直接影响到其程序设计语言的赋值的含义。在各种编程语言中,赋值可以给出两种不同的语义解释:复制语义和指针语义。很明显,由于C++支持两种相混合的对象存储模型(但是默认的存储方式是栈存储),所以在C++中默认赋值语义采用的是前者,但C++同时提供了指针语义的功能支持(在拷贝构造函数和=运算符重载中用户进行自定义)。而在Java中采用的是后者。这也就是我们揭开的最后一道迷雾,不同的对象存储模型直接导致了不同的赋值语义。