我們中國人崇拜龍，所謂“龍生九種，九種各別”。哪九種？《西游記》裡西海龍王對孫悟空說：“第一個小黃龍，見居淮渎；第二個小骊龍，見住濟渎；第三個青背龍，占了江渎；第四個赤髯龍，鎮守河渎；第五個徒勞龍，與佛祖司鐘；第六個穩獸龍，與神官鎮脊；第七個敬仲龍，與玉帝守擎天華表；第八個蜃龍，在大家兄處砥據太岳。此乃第九個鼍龍，因年幼無甚執事，自舊年才著他居黑水河養性，待成名，別遷調用，誰知他不遵吾旨，沖撞大聖也。”（注：鼍龍是文雅的說法，民間叫法是豬婆龍，也就是揚子鳄。）如果您沖著這九位說一聲“Let’s go”，那場面可壯觀了，有天上飛的，有水裡游的，也有地上爬的。同樣是“go”，“go”的具體形式卻各不相同，這正是多態“一個接口，多種實現”的典型例子。
多態的實現方法很多，其中C++直接支持的方式有：通過關鍵字virtual提供虛函數進行遲後聯編，以及通過模板（template）實現靜態多態性，它們都各有用武之地。我們比較熟悉的是虛函數，這是建構類層次的重要手段，我們也已經分析過虛函數的原理[1]。然而在有些情況下，虛函數的性能並不是最優，故VCL還提供了一種動態（dynamic）函數，用法和虛函數一模一樣，只要把virtual換成DYNAMIC就可以了。VCL的幫助文件裡說，動態函數跟虛擬函數相比，空間效率占優，時間效率不行，真的嗎？其實現原理又是如何呢？我們又應該如何權衡這兩者的使用呢？我們將從一個相當一般的角度來討論這些問題。
如下類層次來自一個圖形繪制程序的一部分。為了方便管理，界面與具體的圖形設計分離。各種圖形以動態連接庫的方式提供，作為插件的形式。這樣可以在不重新編譯主程序的情況，增加或減少各種圖形。
圖1 Shape類層次
最初Shape的聲明是
class Shape {
private:
int x0, y0;
protected:
Shape();
virtual ~Shape();
public:
int x() const;
int y() const;
virtual void draw(void *) = 0;
virtual int move(int, int);
};
後來因為功能擴充，添加了兩個虛函數。 class Shape {
private:
int x0, y0;
protected:
Shape();
virtual ~Shape();
public:
int x() const;
int y() const;
virtual int move(int, int);
virtual void draw(void *) = 0;
virtual void save(void *) const = 0;
virtual void load(void *) = 0;
};
後來又作過一些修改，又添加了若干虛函數。問題就在於，虛函數一但增加，虛擬函數表VFT就會發生變化，這時候，主程序就必須重新編譯。更糟糕的是，一旦版本升級，派生自不同版本Shape的圖形絕對不可以混用[2]。所以我們可以看到硬盤裡充斥著mfc20.dll、mfc40.dll、mfc42.dll……卻一個也不能刪除，這就是MFC升級所帶來的DLL垃圾。怎麼辦？
我在網上問過這樣的問題，得到的答復主要有：
其實上面的方法都能很好地解決這個問題。但是推廣看來，也有一定局限性。COM不適合解決類層次過深的情況，預留的空間則是不折不扣的“雞肋”。
追根究底，這個局限性是因為父類和子類的虛擬函數表VFT之間過強的關聯性：子類的VFT的前面一部分必須與父類相同。而當父類和子類不在同一個DLL或EXE中的時候，這個要求是很難滿足的。父類一旦改變，子類如果不重新編譯，就將導致錯誤。解決的方法，當然就是取消父類和子類VFT之間的關聯性。我設計了一個很笨的解決辦法，但可以取消這個關聯性，使虛函數保證始終只有2個。
#define Dynamic // Dynamic什麼都不是，只是好看一點
struct point
{
int x, y;
};
class dispatch_error{};
class Shape {
private:
int x0, y0;
protected:
Shape();
virtual ~Shape();
virtual void dispatch(int id, void* in, void* out);
// in和out是函數的輸入輸出參數，id是每個函數唯一的標記符號，即代號
// 實際運用中，id不一定是整數，也可以是128位UUID，或者字符串等等
public:
int x() const;
int y() const;
Dynamic int move(int dx, int dy)
{
int r;
point p = {dx, dy};
dispatch(-1, &p, &r);
return r;
}
Dynamic void draw(void *hdc) {dispatch(-2, hdc, 0);}
Dynamic void save(void* o) const {dispatch(-3, o, 0);}
Dynamic void load(void* i) {dispatch(-4, i, 0);}
};
void Shape::dispatch(int id, void* in, void* out)
{
switch(id)
{
case -1:
...
case -2:
...
...
default:
throw(dispatch_error()); // 若函數不存在則拋出異常
}
}
如果子類Triangle要改寫Shape::draw，那麼只需要 void Triangle::dispatch(int id, void* in, void* out)
{
switch(id)
{
...
case -2: // 改寫Shape::draw
...
...
default:
Shape::dispatch(id, in, out); //函數不存在則向父類找
}
}
這樣的“Dynamic函數”就解決了前面的問題，只有析構和dispatch這兩個虛函數。父類和子類的VFT之間沒有關聯性，可以自由改動而不會互相影響。
我們來對這種解決方案作了評價：的確解決了虛函數的問題，但是也付出了不小的代價：時間效率和可讀性，由此也決定了該方案的應用面不廣，一般用於
從模式（Patterns）的角度來看，這種方法是典型的職責鏈（Chain of Responsibility）模式[4]：調用請求從最低層子類開始一層層往上傳遞，直到被處理或者最後拋出異常。這種模式運用非常廣泛，比如VCL消息映射[5]和COM中IDispatch接口[6]，與上述解決方案的形式都非常相似。
這個解決方案還可以作進一步的完善，以更好地適用於單根結構的框架。比如單根結構的類庫，如MFC和VCL，通過RTTI可以找到唯一的父類，那麼可以分離數據（函數代號和指針）和代碼（調配部分），以簡化結構。解決的方法就是典型的表格驅動，有不少書[7，8]都用此來優化COM中IUnkown接口的QueryInterface。我們引入類DMT來儲存函數的代號和指針。
#includeusing namespace std; class DMT { char* const ptr; const DMT* const parent; public: DMT(const DMT* const, const int, ...); ~DMT() {delete []ptr;} short size() const {return *(short*)ptr;} const void* find(int) const; };
圖2 類DMT圖解
需要特別注意的是DMT::ptr所分配的空間。在32位系統上，對於n個“Dynamic函數”，需要sizeof(short)字節儲存n（紅色部分），sizeof(void*)*n字節儲存函數代號（黃色部分），以及sizeof(void*)*n字節儲存函數指針（藍色部分），一共是sizeof(short) + 2*n*sizeof(void*)字節。子類和父類的DMT可以通過鏈表形式連接起來。下面我們看看DMT::find和DMT::DMT的實現。
const void* DMT::find(int i) const
{
const int* begin = (int*)(ptr + sizeof(short)), *p;
for(p = begin; p < begin + size(); ++p)
if(*(int*)p == i)
return *(void**)(p+ size());
// 找到對應的函數代號後，向前跳DMT::size()則是相應的函數指針
return (parent)? parent->find(i): 0;
}
DMT::DMT(const DMT* const p, const int n, ...)
: parent(p), ptr(new char[sizeof(short)+2*n*sizeof(void*)])
// ptr分配的空間大小如前所述
{
int* i = (int*)(ptr + 2), c;
*(short*)ptr = n; // 往頭sizeof(short)字節寫入n（紅色部分）
va_list ap;
va_start(ap, n);
for(c = 0; c < n; ++c) // 往黃色部分寫入函數代號
*(i++) = va_arg(ap, int);
typedef void (DMT::*temp_type)();
temp_type temp;
for(c = 0; c < n; ++c) // 往藍色部分寫入函數指針
{
temp = va_arg(ap, temp_type);
*(i++) = *(int*)&temp;
}
va_end(ap);
}
下面我們在Shape類層次中應用DMT類。 class Shape {
private:
