《自己动手写 Python 虚拟机》_更理解虚拟机的意义

《自己动手写 Python 虚拟机》_更理解虚拟机的意义_5.1 基本的数据类型

【摘要】本书摘自《自己动手写 Python 虚拟机》一书中第5章，第1节，海纳编著。

第五章基本的数据类型

在前两章里，虚拟机中的对象体系没有实现起来。在进一步实现其他字节码的功能之前，必须把对象体系建立起来。这一章从虚拟机中的基本数据类型入手。

《自己动手写 Python 虚拟机》_更理解虚拟机的意义_5.1 基本的数据类型

5.1 Klass-Oop 二元结构

到目前为止，只有一个 HiObject 类，Integer 和 String 都是继承自这个类。回顾一下，Integer 的 equal 方法，代码如下：

1 HiObject*HiInteger::equal(HiObject*x)(

2 if(_value ==((HiInteger*)x)>_value)

3 return Universe::HiTrue;

4 else

5 return Universe::HiFalse;

6 }

上述代码里的参数x, 它的类型是Integer 当然没问题，但假如这个 x 的实际类型如果不是 Integer, 这段代码就不能正常工作了。

需要一种机制来判断某个 HiObject 对象的实际类型到底是什么。在编程语言虚拟机中，最常用的解决办法就是Klass-Oop 的二元结构。Klass 代表一种具体的类型，它是“类”这个概念的实际体现。例如，Integer类在虚拟机里就有一个 Inte- gerKlass 与之对应，所有的整数都是 IntegerKlass 的实例。Oop 是 Ordinary object pointer 的缩写，代表一个普通的对象。每一个对象都有自己的 Klass,同一类对象是由同一个 Klass 实例化出来的。

类与类之间有继承关系，类里还会封装其他的属性和方法，这些都会在 Klass 的结构里呈现。使用这种二元结构，还有一个原因是，我们不希望在普通对象里引入虚函数机制，因为虚函数会在对象的开头引入虚表指针，而虚表指针会影响对象的属性在对象中的偏移。因此，就将类的方法定义和实现都放到 Klass 中，而在 HiObject 里只需要调用相应的 Klass 中的函数。

先来定义 Klass 类，代码如下：

目前的 Klass 类只有一个属性， _name 代表这个类的名称，它是一个字符串。

Klass 类中最重要的是上述代码中出现的12个虚函数。正如前面分析中提到的，要把虚函数机制从对象中搬到 Klass 中去。在这个版本的 Klass 中，先使用一个空的函数体，这个函数体的意义仅仅在于让程序能正确地编译，除此之外，并没有什么意义。

有了Klass 定义，HiObject 的定义也要发生相应的修改，必须在 Object 类里增加一个属性：一个指向Klass 的指针，用于表示这个对象的类型。另外，由于已经把虚函数都搬到 Klass 中去了，HiObject 中原来定义的函数就都不必是虚函数了。把 HiObject 中的函数都实现为转而调用自己所对应的 Klass 的函数。HiObject 的定义变为以下形式：

5.2 整数

在原来的系统里已经实现了整数。在 Klass-Oop 二元结构下，整数类也需要做相应的修改。第一处修改就是头文件，Hilnteger 类中的虚函数声明不再需要，Hi- Integer 的方法均继承自 HiObject。这样一来，Hilnteger 类就变得很简洁了，代码如下：

1 class HiInteger:public HiObject{

2 private:

3 int_value;

5 public:

6 HiInteger(int x);

7 int value(){return_value;}

8 );

第二处修改是要实现 IntegerKlass, 用于表示 Integer 类型。如图5 . 1所示，系统中的所有 Integer 对象，它的 Klass 指针(继承自 HiObject) 都应该指向同一个 Klass 对象，就是现在要定义的这个 IntegerKlass 。可见，IntegerKlass 在整个系统中只需要一个就够了。符合这种特点的对象，往往采取单例模式来实现。