C++ 重载运算符在HotSpot VM中的应用

C++支持运算符重载,对于Java开发者来说,这个可能比较陌生一些,因为Java不支持运算符重载。运算符重载本质上来说就是函数重载。下面介绍一下HotSpot VM中的运算符重载。

1、内存分配与释放

在C++中可以通过new运算符创建一个C++的类实例,这个操作实际上上包含了如下3个步骤:

  1. 调用operator new的标准库函数。此函数会分配一块内存空间以便函存储相应类型的实例。
  2. 调用相应类的构造函数
  3. 返回一个指向该对象的指针

同样,可以delete运算符释放对应的内存,实际执行如下2个步骤:

  1. 调用相应类的析构函数
  2. 调用operator delete标准库函数释放内存。

由于C++没有Java的GC托管技术,所以分配出来的内存时刻要惦记着释放,这是一件非常不容易的事情。通常的做法是,内存申请和释放集中到一个地方管理,所以才会有Metaspace或Arena这些相对复杂一些的内存管理机制。

有了我们自己设计的内存管理机制后,就可以重载new运算符,让实例从特定的内存空间中申请和释放内存了,例如HotSpot VM在Klass类中重载了new运算符:

复制代码
void* Klass::operator new(size_t size, ClassLoaderData* loader_data, size_t word_size, TRAPS) throw() {
  // 在元数据区分配内存空间
  void* x = Metaspace::allocate( 
				 loader_data,
				 word_size,
				 false,   /*read_only*/
				 MetaspaceObj::ClassType,
				 CHECK_NULL
			 );
  return x;
}

在使用new关键字创建Klass或子类的实例时,都会调用Metaspace::allocate()函数从元数据区分配内存;在Klass类中,我们没有看到重载delete运算符,因为删除一个类并没有那么简单,需要借助GC来完成。元数据区具体管理内存的办法,以及分配和释放的逻辑可参看《深入剖析Java虚拟机:源码剖析与实例详解》中的8.2节。

在HotSpot VM中重载new和delete运算符的地方非常多,不过oop并不是这样做的,这应该是考虑到它相对复杂的内存分配逻辑和初始化过程吧。

2、句柄

关于句柄,我在之前 第2.7篇-操作句柄Handle 详细介绍过它的作用。句柄要间接操作实例,让GC能够集中扫描到栈中引用到的Java对象。

句柄的相关定义如下:

复制代码
class Handle {
private:
    oop *_handle; // oop的类型为oopDesc*

protected:
    oop obj() const {
        return _handle == NULL ? (oop) NULL : *_handle;
    }
    oop non_null_obj() const {
        return *_handle;
    }

public:
    // 重载了()、->和==运算符
    oop operator()() const { return obj(); }
    oop operator->() const { return non_null_obj(); }
    bool operator==(oop o) const { return obj() == o; }
    bool operator==(const Handle &h) const { return obj() == h.obj(); }
};

句柄中重载了()、->和==运算符,我们可以这样操作:

复制代码
oop obj1 = ...;
// 将对象封装为句柄
Handle h1(obj1); 

// 获取被封装的对象,会调用到operator()()函数,这个函数返回*_handle
oop obj2 = h1();
// 直接调用oop中定义的相关函数,会调用到operator->()函数,
// 在这个函数中获取_handle值后调用_handle->print()函数 
h1->print();

这大大简化了相关操作的简洁性,操作句柄就感觉和操作oop是一样的效果

本人最近准备出一个手写Hotspot VM的课程,超级硬核,从0开始写HotSpot VM,将HotSpot VM所有核心的实现全部走一遍,如感兴趣,速速入群。

群里可讨论虚拟机和Java性能剖析与故障诊断等话题,欢迎加入。

相关推荐
学到头秃的suhian7 小时前
JVM-类加载机制
java·jvm
NEFU AB-IN13 小时前
Prompt Gen Desktop 管理和迭代你的 Prompt!
java·jvm·prompt
唐古乌梁海19 小时前
【Java】JVM 内存区域划分
java·开发语言·jvm
众俗19 小时前
JVM整理
jvm
echoyu.19 小时前
java源代码、字节码、jvm、jit、aot的关系
java·开发语言·jvm·八股
代码栈上的思考1 天前
JVM中内存管理的策略
java·jvm
thginWalker2 天前
深入浅出 Java 虚拟机之进阶部分
jvm
沐浴露z2 天前
【JVM】详解 线程与协程
java·jvm
thginWalker2 天前
深入浅出 Java 虚拟机之实战部分
jvm
程序员卷卷狗3 天前
JVM 调优实战:从线上问题复盘到精细化内存治理
java·开发语言·jvm