Динамическое связывание и эффективность

Динамическое связывание и эффективность

Можно подумать, что сила механизма динамического связывания приведет во время выполнения к недопустимым накладным расходам. Такая опасность существует, но аккуратное проектирование языка и хорошие методы его реализации могут ее предотвратить.

Дело в том, что динамическое связывание требует несколько большего объема действий во время выполнения. Сравним вызов обычной процедуры в традиционном языке программирования (Pascal, Ada, C, ...)

1

f (x, a, b, c...)

с ОО-формой

3.

x.f (a, b, c...)

Разница между этими двумя формами уже была разъяснена при введении понятия класса, для идентификации типа модуля. Но сейчас мы понимаем, что это связано не только со стилем, имеется также различие и в семантике. В форме (1), какой именно компонент обозначает имя f известно статически во время компиляции или, в худшем случае, во время компоновки, если для объединения раздельно откомпилированных модулей используется компоновщик. Однако при динамическом связывании такая информация недоступна статически: для f в форме (2) выбор компонента зависит от объекта, к которому присоединен x во время конкретного выполнения. Каким будет этот тип нельзя (в общем случае) определить по тексту программы, это служит источником гибкости этого ранее разрекламированного механизма.

Предположим вначале, что динамическое связывание реализовано наивно. Во время выполнения хранится копия иерархии классов. Каждый объект содержит информацию о своем типе - вершине в этой иерархии. Чтобы интерпретировать во время выполнения x.f, окружение ищет соответствующую вершину и проверяет, содержит ли этот класс компонент f. Если да, то прекрасно, мы нашли то, что требовалось. Если нет, то переходим к вершине-родителю и повторяем всю операцию. Может потребоваться проделать путь до самого верхнего класса (или нескольких таких классов в случае множественного наследования).

В типизированном языке нахождение подходящего компонента гарантировано, но в нетипизированном языке, таком как Smalltalk, поиск может быть неудачным, и придется завершить выполнение диагнозом "сообщение не понято".

Такая схема все еще применяется с различными оптимизациями во многих реализациях не статически типизированных языков. Она приводит к существенным затратам, снижающим эффективность. Хуже того, эти затраты не прогнозируемы и растут с увеличением глубины структуры наследования, так как алгоритм может постоянно проходить путь до корня иерархии наследования. Это приводит к конфликту между повторным использованием и эффективностью, поскольку упорная работа над повторным использованием м приводит к введению дополнительных уровней наследования. Представьте состояние бедного разработчика, который перед добавлением нового уровня наследования должен оценить, как это ударит по эффективности. Нельзя ставить разработчиков ПО перед таким выбором.

Такой подход является одним из главных источников неэффективности реализаций языка Smalltalk. Это также объясняет, почему он (по крайней мере, в коммерческих реализациях) не поддерживает множественного наследования. Причина - в том, что из-за необходимости обходить весь граф, а не одну ветвь, накладные расходы оказываются чрезмерными.

К счастью, использование статической типизации устраняет эти неприятности. При правильно построенной системе типов и алгоритмах компиляции нет никакой нужды перемещаться по структуре наследования во время выполнения. Для ОО-языка со статической типизацией возможные типы x не произвольны, а ограничены потомками исходного типа x, поэтому компилятор может упростить работу системы выполнения, построив массив структурных данных, содержащих всю необходимую информацию. При наличии этих структур данных накладные расходы на динамическое связывание сильно уменьшаются: они сводятся к вычислению индекса и доступу к массиву. Важно не только то, что такие затраты невелики, но и то, что они ограничены константой, и поэтому можно не беспокоиться о рассмотренной выше проблеме соотношения между переиспользуемостью и эффективностью. Будет ли структура наследования в вашей системе иметь глубину 2 или 20, будет ли в ней 100 классов или 10000, максимальные накладные расходы всегда одни и те же. Они не зависят и от того, является ли наследование единичным или множественным.

Открытие в 1985г. этого свойства, т.е. того, что даже при множественном наследовании можно реализовать вызов динамически связываемого компонента за константное время, было главным побудительным толчком к разработке проекта (среди прочего приведшего к появлению первого и настоящего изданий этой книги), направленного на построение современного окружения для разработки ПО, отталкивающегося от идей великолепно введенных языком Simula 67, распространенных затем на множественное наследование (длительный опыт применения Симулы показал, что непозволительно ограничиваться единичным наследованием), приведенных в соответствие с принципами современной программной инженерии и объединяющих эти идеи с самыми полезными результатами формальных подходов к спецификации, построению и верификации ПО. Создание эффективного механизма динамического связывания за константное время, которое на первый взгляд может показаться второстепенным среди указанного набора целей, на самом деле было настоятельно необходимым.

Эти наблюдения могут показаться странными тому, кто познакомился с ОО-технологией через линзу представлений об ОО-анализе и проектировании, в которых реализация и эффективность рассматриваются как приземленные предметы, которыми следует заниматься после того, как решено все остальное. Эффективность является одним из ключевых факторов, который должен рассматриваться на всех шагах, когда речь идет о реальной разработке промышленного ПО, о реальной увязке инженерных решений. Как отмечалось в одной из предыдущих лекций, если вы откажетесь от эффективности, то эффективность откажется от вас. Конечно, ОО-технология это нечто большее, чем динамическое связывание за константное время, но без этого не могло бы быть никакой успешной ОО-технологии.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг

Эффективность и Структура

Из книги C++ автора Хилл Мюррей

Эффективность и Структура С++ был развит из языка программирования C и за очень немногими исключениями сохраняет C как подмножество. Базовый язык, C подмножество С++, спроектирован так, что имеется очень близкое соответствие между его типами, операциями и операторами и


8.7 Эффективность

Из книги ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЦЕНКА ПРОГРАММНОЙ ПРОДУКЦИИ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВА И РУКОВОДСТВА ПО ИХ ПРИМЕНЕНИЮ автора Автор неизвестен

8.7 Эффективность Можно было бы ожидать, что раз ввод/вывод «stream.h» определен с помощью общедоступных средств языка, он будет мнее эффективен, чем встроенное средство. На самом деле это не так. Для действий вроде «поместить символ в поток» использются inline-функции,


4.4 Эффективность (Efficiences)

Из книги Пакеты программ. Требования к качеству и тестирование автора Автор неизвестен

4.4 Эффективность (Efficiences) Набор атрибутов, относящихся к соотношению между уровнем качества функционирования программного обеспечения и объемом используемых ресурсов при установленных условиях.Примечание - Ресурсы могут включать другие программные продукты,


А.2.4 Эффективность (Efficiency)

Из книги Язык программирования С# 2005 и платформа .NET 2.0. [3-е издание] автора Троелсен Эндрю

А.2.4 Эффективность (Efficiency) А.2.4.1 Характер изменения во времени (Time behavior) Атрибуты программного обеспечения, относящиеся к временам отклика и обработки и к скоростям выполнения его


3.3.4 Эффективность

Из книги Основы объектно-ориентированного программирования автора Мейер Бертран

3.3.4 Эффективность Ничего не требуется. Однако в описании продукта должны присутствовать соответствующие формулировки


ГЛАВА 12. Отображение типов, динамическое связывание и программирование с помощью атрибутов

Из книги Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта автора Братко Иван

ГЛАВА 12. Отображение типов, динамическое связывание и программирование с помощью атрибутов Как показано в предыдущей главе, компоновочные блоки являются базовыми элементами установки и среде .NET. С помощью интегрированного обозревателя объектов в Visual Studio 2005 можно


Динамическое связывание

Из книги Удвоение продаж в интернет-магазине автора Парабеллум Андрей Алексеевич

Динамическое связывание Упрощенно говоря, динамическое связывание, или динамическая привязка, - это подход, с помощью которого можно создавать экземпляры заданного типа и вызывать их члены в среде выполнения и условиях, когда во время компиляции о типе еще ничего не


Эффективность (Efficiency)

Из книги QNX/UNIX [Анатомия параллелизма] автора Цилюрик Олег Иванович

Эффективность (Efficiency) Определение: эффективностьЭффективность - это способность ПО как можно меньше зависеть от ресурсов оборудования: процессорного времени, пространства, занимаемого во внутренней и внешней памяти, пропускной способности, используемой в устройствах


Динамическое связывание

Из книги CSS3 для веб-дизайнеров автора Сидерхолм Дэн

Динамическое связывание Сочетание последних двух механизмов, переопределения и полиморфизма, непосредственно предполагает следующий механизм. Допустим, есть вызов, целью которого является полиморфная сущность, например сущность типа BOAT вызывает компонент turn.


Динамическое создание и повторное связывание

Из книги автора

Динамическое создание и повторное связывание Что не было показано при описании структуры объектов периода выполнения, так это в высшей степени динамичная природа настоящей ОО-модели. Статическая и ориентированная на стеки политика управления объектами характерна для


Динамическое связывание

Из книги автора

Динамическое связывание Динамическое связывание дополнит переопределение, полиморфизм и статическую типизацию, создавая базисную тетралогию


8.5. Эффективность

Из книги автора

8.5. Эффективность Существует несколько аспектов эффективности программ, включая такие наиболее общие, как время выполнения и требования по объему памяти. Другим аспектом является время, необходимое программисту для разработки программы.Традиционная архитектура


Как измерять эффективность юзабилити

Из книги автора

Как измерять эффективность юзабилити Для измерения эффективности юзабилити в интернет-магазине необходимо постоянно проводить сплит-тестирование. Это когда создается несколько вариантов одной и той же страницы (минимум два) и в результате анализа статистики


Прозрачность и эффективность картинки

Из книги автора

Прозрачность и эффективность картинки Я создал иконки полностью белыми PNG-изображениями, зная, что затем применю свойство opacity, чтобы отрегулировать прозрачность на уровне CSS. Такой подход изменил то, как я в некоторых ситуациях думаю о графических объектах