C++的模板类在HotSpot VM中的应用

模板是c++的一种特性，允许函数或者类通过泛型（generic types）的形式表现或者运行。模板可以使得函数或类在对应不同的类型（types）的时候正常工作，而无需为每一种类型分别写一份代码。

在HotSpot VM中定义了一些模板类，有了这些模板类，我们就可以和Java一样进行泛型编程。HotSpot VM中定义了Dictionary和SymbolTable等用来存储类和字符串等内容的Hash表，这些容器类都使用到了模板类。

看一下具体的定义，如下：

源代码位置：/media/mazhi/sourcecode/workspace/projectjava9/learnhotspot/src/utilities/hashtable.hpp

template <MEMFLAGS F> class BasicHashtable : public CHeapObj<F> {
  ...
private:
  int               _table_size;
  HashtableBucket<F>*     _buckets;

  BasicHashtableEntry<F>* bucket(int i);
  ...
 }

template <MEMFLAGS F> class BasicHashtableEntry : public CHeapObj<F> {
private:
  unsigned int         _hash;
  BasicHashtableEntry<F>* _next;
  ...
}

定义了一个名称为BasicHashtable的类模板，类模板以template关键字开始，后面跟着模板参数列表。这里在模板中定义了一个非类型参数，一个非类型参数表示一个值而不是一个类型。它的定义如下：

typedef unsigned short MEMFLAGS;

其定义的非类型参数F也应用到了类模板HashtableBucket<F>中了，同样也可以应用到函数的参数和返回类型中。

通过BasicHashtable这个类模板的定义可以看出，通过此类模板生成的表或字典是通过列表来解决Hash冲突的。

下面接着看另外一个类模板，如下：

源代码位置：/media/mazhi/sourcecode/workspace/projectjava9/learnhotspot/src/utilities/hashtable.hpp

template <class T, MEMFLAGS F> class Hashtable : public BasicHashtable<F> {
 protected:
   ...
   HashtableEntry<T, F>* bucket(int i) {
     return (HashtableEntry<T, F>*)BasicHashtable<F>::bucket(i);
   }
}

template <class T, MEMFLAGS F> class HashtableEntry : public BasicHashtableEntry<F> {
private:
  T  _literal;   // ref to item in table.
  ...
}

这次的类模板继承了BasicHashtable<F>，不过这个类模板中通过class关键字定义了一个模板类型参数T，这其实就是我们要真正往Hash表中存储的元素的类型。

SymbolTable和StringTable都使用了如上的类模板，如SymbolTable类的定义如下：

class SymbolTable : public Hashtable<Symbol*, mtSymbol> {
...
}

为类型模板参数指定了具体的类型。也就是这个Hash表中存储的元素类型为Symbol*，而在为这些元素分配内存时，将这些内存统计到mtSymbol上，这样NMT就能追踪这一部分使用内存的详细信息了。

下面看一下存储类的字典的定义，如下：

template <class T, MEMFLAGS F> class TwoOopHashtable : public Hashtable<T, F> {
...
}

class Dictionary : public TwoOopHashtable<Klass*, mtClass> {
...
}

存储Java类的字典Dictionary继承了TwoOopHashtable<Klass*,mtClass>，这是因为在Java世界中，只有类全名和类加载器才能唯一表示一个类，所以继承这个类也起到了一个见名知义的效果。

另外还有一点需要说明，就是C++对模板的分离式编译很弱。对于 BasicHashtable 中定义的bucket()函数来说，其实现是在hashtable.cpp文件中，其实严格来说，这不是函数的定义，而是生成定义的一种方案，只有在实例化时，才能生成函数定义，所以我们能在hashtable.cpp文件中看到如下类似的语句：

template class BasicHashtable<mtSymbol>;

在.cpp文件的末尾加上如上代码来显式实例化，这样我们将hashtable.cpp作为源文件加入编译时，整个程序就有了模板的显式实例化，即函数定义。否则可能报"undefined reference to"相关的错误。

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