从编译角度看对象访问控制

关于卢彦的"protected的Quiz"我想在这里再写点什么。尽管一直想写个“闲聊面向对象程序”系列文章，但总没有抽出足够的时间，所以先半截腰谈谈我对面向对象的认识。

面向对象绝对是一个不好学的课程，李维的《深入核心VCL架构剖析》给了我不少启示。面向对象之所以具有继承、封装、多态等特征，其本质与VTM（Virtual Method Table）有直接关系。而不同语言编译器在实现上采用的技术也各不相同。下面是某系统的一个对象在内存中的布局

Offset  What 
+0  Pointer to VMT.
+4  Data. All fields in the order the've been declared. 
...  

今天不讨论VTM，先说说Data。假设有如下两个类
class Base
...{
private int m=2;
}
class Child : Base
...{
private int m=1;
}
它们经过编译后，执行以下两条命令：

Base b = new Base();
Child c = new Child();

形成的内存结构（猜测，希望大家多指正）如下（图里省略了VTM，仅仅关注数据部分，下同）：

由图中我们可以看到，c中包含了两个m（没错，所有父类的字段，不管是私有还是公有都会在子类中得到继承），一个是继承下来的，一个是自身的m。只不过从存取权限上讲，c只能存取自己的那个m，而无法访问父类继承的那个m。

然后我们再来讨论安全性问题。C#语言为我们提供了private、public、protected三种访问控制符，关于它们的区别就不用我多说了。就我的感觉，对象的每一个方法、字段、属性都具有一个安全上下文，当这个对象试图访问另外一个对象的内容时，需要出示自己的安全上下文，在被允许的情况下才可以访问。看一个例子：

using System;
public class Base
...{
public Base innerBase;
private int m=2;
public void Call()
...{
//此处可以访问innerBase.m，因为安全上下文是Base
Console.WriteLine(innerBase.m);
}
}
class test
...{
public static void Main()
...{
Base b = new Base();
b.innerBase = b;
// 此处无法访问b.innerBase.m，因为安全上下文是test
b.Call();
}
}


我们再来研究另外一个更为复杂的例子（根据“关于protected的Quiz ”的一个评论改编的）：

using System;
class Base
...{
private int m=2;
public int GetM(Child c)
...{
return c.m;
}

public int GetM(Base b)
...{
return b.m;
}

public Base()
...{}

public Base(int m)
...{ this.m = m; }
}

class Child : Base
...{
private int m=1;
public new int GetM(Child c)
...{
return c.m;
}

public Child(int m):base(m)
...{this.m = 4;}
}

class test
...{
public static void Main()
...{

Base b = new Base();
Child c = new Child(3);
Console.WriteLine(b.GetM(c));
Console.WriteLine(c.GetM(c));
Console.WriteLine(b.GetM((Base)c));
}
}

结果是3，4，3

当执行Child c = new Child(3);命令时，系统将调用构造函数：
 public Child(int m):base(m)
 {this.m = 4;}
构造函数首先调用基类Base的构造函数，于是基类中的m被初始化成3，然后对Child的m进行赋值，Child中的m变成了4，经过构造函数构造后，内存布局如下图：



然后，我们看看为什么Console.WriteLine(b.GetM(c));的结果是3。在Main中，我们是无法访问到c.m的，因为m是私有变量。但在Base的GetM中我们却访问到了值，而且是3，这是为什么？如下图

至于后面两条命令的返回结果为什么是4与3留给读者自己考虑吧。

  Console.WriteLine(c.GetM(c));
  Console.WriteLine(b.GetM((Base)c));

这道题中，如果将Child中的 m 声明改成 public int m = 1; 程序的运行结果是 4，4，3，为什么这样，也留给读者考虑吧。

实际上，有很多隐含的东西在这里不便多说，比如对象的类型转换是怎么回事，多态性在编译过程中的实现过程什么样的，静态与动态的本质区别又是什么，VTM是怎么回事。这些将在以后的文章中给予论述。

注：以上内容纯粹个人观点，具体实现我没能找到更多的相关资料，而且编译器的实现方法各不相同。