JP2001134443A - インタフェース呼出し高速化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の言語処理系は、クラスがどのインタフェ
ースを実装するかを考慮せずにメソッドディスパッチテ
ーブルを構築する。このため、同じインタフェースiを
実現する複数のクラスについて、インタフェースiが宣
言するメソッドmがそれぞれのクラスのメソッドディス
パッチテーブルに登録される位置が互いに異なることが
多く、インタフェース呼出しを高速化しにくい。 【解決手段】インタフェースiを実現する複数のクラス
のメソッドディスパッチテーブルを作成する際、インタ
フェースiが宣言するメソッドmをメソッドディスパッチ
テーブル上の互いに同じ位置に登録する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インタフェースと
いう機能を提供するプログラミング言語の処理系に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】オブジェクト指向プログラミング言語
に、インタフェースという機能を提供するものがある。
インタフェースは、あるクラスのインスタンスが実行で
きるメソッド（関数）を宣言する。クラスとはオブジェ
クト指向言語におけるプログラム単位であり、その中で
フィールドを宣言し、メソッドを定義する。クラスは別
のクラスの定義を拡張する形で定義することもできる。
このとき、拡張する元になるクラスを親クラスといい、
拡張する先のクラスを子クラスという。クラスcのイン
スタンスとは、クラスcがもつ全てのフィールドをもつ
データ構造で、クラスcがもつ全てのメソッドを実行で
きる。クラスcがインタフェースiを「実装する」と宣言
するとき、クラスcはインタフェースiが宣言するメソッ
ドを全てもち、従ってクラスcのインスタンスはインタ
フェースiが宣言する全てのメソッドを実行できる。

【０００３】インタフェースが宣言するメソッドを呼び
出す（実行する）ことを、インタフェース呼出しとい
う。インタフェース呼出しの実行手順の例として、イン
タフェースiが宣言するメソッドm（名前がM）を、イン
タフェースiを実装するクラスcのインスタンスoに実行
させる手順を示す。まず、インスタンスoを通じてクラ
スcのメソッドディスパッチテーブルtを取得する。メソ
ッドディスパッチテーブルtとは、クラスcのインスタン
スが実行できるメソッドを登録してある表である。つぎ
に、メソッドディスパッチテーブルtを走査して、メソ
ッドmに対応するエントリ（名前がMのメソッドのエント
リ）を求め、求めたエントリからメソッドmのアドレスa
を読み取る。最後に、アドレスaにジャンプし、メソッ
ドmを実行する。このように、インタフェース呼出しを
実行するには、まず、呼び出すメソッドをメソッドディ
スパッチテーブルを検索して取得する必要がある。この
ため、検索の作業を必要としない手続き型言語における
手続き呼出しに比べ、インタフェース呼出しには実行に
時間がかかるという問題がある。

【０００４】インタフェース呼出しを高速化する技術
に、呼出し対象のメソッドに対応するエントリがメソッ
ドディスパッチテーブルのどこに登録されているか予測
する方法がある（Tim Lindholm, Frank Yellin: “The
Java Virtual Machine Specification,” Addson-Wesle
y, September 1996, pp.403-405）。この方法では、イ
ンタフェース呼出しをおこなったとき、呼出し対象のメ
ソッドがメソッドディスパッチテーブルのどの位置（何
番目のエントリ）に登録されていたかをインタフェース
呼出しの呼出し元に記録しておく。そして、同じ呼出し
元から次にインタフェース呼出しをおこなうとき、呼出
し対象のメソッドを探すためにメソッドディスパッチテ
ーブルを走査するにあたり、まず、前回のインタフェー
ス呼出しの際に記録しておいた、メソッドが登録されて
いた位置を読み出し、そこに目的のメソッドがあるか調
べる。こうすると、メソッドディスパッチテーブルを検
索する時間を短縮し、メソッド呼出しを高速化できる。
なぜなら、インタフェース呼出しは続けて同じクラスの
インスタンスについて実行されることが多く、同じクラ
スのインスタンスについてインタフェース呼出しを実行
する場合、呼び出すメソッドは同一で、メソッドディス
パッチテーブル上の位置も変らないので、二回目のイン
タフェース呼出しのとき、前回メソッドを見つけたのと
同じ場所からメソッドの検索を始めれば、最初の検索で
目的のメソッドを見つけられるからである。一回目と二
回目のインタフェース呼出しで、呼出し対象のインスタ
ンスのクラスが異なる場合、この方法でインタフェース
呼出しを高速化できるのは、それぞれのクラスのメソッ
ドディスパッチテーブル上の呼出し対象のメソッドの位
置が同じである場合に限られる。

【０００５】従来の技術では、メソッドディスパッチテ
ーブルにメソッドを登録する位置を、次の手順によって
決める（Reinhard Wilhelm and Dieter Maurer, “Comp
ilerDesign,” Addison-Wesley 1995, pp.185）。ま
ず、クラスCのメソッドディスパッチテーブルTを作成す
るにあたり、クラスCの親クラスPを求め、親クラスPの
メソッドディスパッチテーブルの内容をメソッドディス
パッチテーブルTにコピーする。コピーするのは、親ク
ラスが定義するメソッドを登録する位置を、親クラスと
子クラスのメソッドディスパッチテーブルについて一致
させると、メソッド呼出しを高速に実行できるためであ
る。次に、クラスCがオーバライド（再定義）するメソ
ッドのエントリには、クラスCが再定義するメソッドを
登録する。

【０００６】最後に、クラスCが定義するメソッドのう
ち、まだ登録されていないメソッドをメソッドディスパ
ッチテーブルTの空いている欄に順次登録する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のメソッドディス
パッチテーブルの構築方法では、クラスがどのインタフ
ェースを実装するか考慮しない。このため、インタフェ
ースiを実装する複数のクラスのメソッドディスパッチ
テーブルにおいて、インタフェースiが宣言するメソッ
ドmが登録される位置が互いに同じになる確率が低い。
したがって、異なるクラスのインスタンスに対しインタ
フェース呼出しを行う場合、前記のインタフェース呼出
しの高速化方法が効きにくいという問題がおきる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】インタフェースiが宣言
するメソッドmを、インタフェースiを実現する複数のク
ラスのメソッドディスパッチテーブルについて互いに同
じ位置に登録する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しつつ説明する。なお、これにより本発明が限定され
るものではない。

【００１０】本発明を利用する言語処理系のプログラム
は図１に示すような計算機上で動作する。図１の計算機
はプロセッサ１０１と主記憶１０２、バス１０３、ディ
スク装置１０４を有し、ディスク装置１０４から言語処
理系のプログラムなどをバス１０３を介して主記憶１０
２にとりこみ、プロセッサ１０１で実行する。

【００１１】言語処理系のプログラムの実施例を図２に
示す。図２の処理系（実行時システム２０１）は、イン
タプリタ２０２とクラスローダ２０３から成る。インタ
プリタ２０２はユーザからプログラム（クラス）を実行
するよう指示を受けると、クラスローダ２０２に命じ
て、プログラム（クラス）を収めるクラスファイル２０
４を読み取らせる。クラスローダ２０３はクラスファイ
ル２０４を読みこみ、メソッドディスパッチテーブル２
０６などの、読みこんだクラスに係るデータ構造一式を
納めたデータ構造であるクラス節２０５を作成し、これ
をインタプリタ２０２に渡す。インタプリタ２０２は、
クラス節２０５を解釈、実行することでプログラムの実
行を進める。

【００１２】クラスローダ２０３の実施例を図３に示
す。クラスローダ２０３は、まず、処理３０１でクラス
ファイル２０４を読み込み、処理３０２でクラスファイ
ル２０４をクラス節２０５に変換する。処理３０２のな
かにメソッドディスパッチテーブルを作成する処理３０
３があり、本発明は処理３０３に適用する。

【００１３】本発明のメソッドディスパッチテーブルを
作成する処理３０３の実施例を図４に示す。図４の処理
では、まず、処理４０１で読込み対象のクラスを定め
る。ここでは、図５のプログラムのクラスC３を読み込
むことを考える。図５のプログラムは、インタフェース
I１とクラスC１、C２、C３を定義する。インタフェース
I１はメソッドｘ（）、ｙ（）を宣言する。クラスC１、
C３はインタフェースI１を実装し、メソッドｘ（）、ｙ
（）を定義する。クラスC２はクラスC3の親クラスであ
り、メソッドｚ（）を定義する。クラスC３はメソッド
ｚ（）をオーバライド（再定義）する。図５のクラスC
１、C２はすでに実行時システム２０１に取り込まれ
て、クラス節２０５になっており、クラスC１のメソッ
ドディスパッチテーブルが図６、クラスC２のメソッド
ディスパッチテーブルが図７のかたちに出来上がってい
るとする。メソッドディスパッチテーブルには、メソッ
ド名６０１とメソッドのアドレス６０２が登録されてい
る。

【００１４】図４に戻り、処理４０１に続いて処理４０
２に進む。処理４０２では、クラスC３のメソッドディ
スパッチテーブルとして空のテーブルTを作成し、処理
４０３に進む。処理４０３ではクラスC３が定義する全
メソッドからなる集合Mを作成する。クラスC３はメソッ
ドｘ（）、ｙ（）、ｚ（）を定義するので、集合M＝
｛ｘ（）、ｙ（）、ｚ（）｝になる。次に、判断４０４
でクラスC３が親クラスをもつか調べ、もつならば処理
４０５に進み、もたないならば処理４０７に進む。ここ
でクラスC３は親クラスC２をもつので、処理４０５に進
む。処理４０５では親クラスC2のメソッドディスパッチ
テーブルの内容をクラスC３のメソッドディスパッチテ
ーブルにコピーする。コピーした結果を図８に示す。続
いて処理４０６で集合Mから親クラスC２のメソッドをオ
ーバライドする全てのメソッドをテーブルTのオーバラ
イド先のエントリに登録し、集合Mから除外する。集合M
＝｛ｘ（）、ｙ（）、ｚ（）｝のうち、メソッドｚ（）
は親クラスC２のメソッドｚ（）をオーバライドするの
で、C３のメソッドディスパッチテーブルのメソッドｚ
（）の欄を、C３が定義するメソッドｚ（）の内容で上
書きする。上書きした結果を図９に示す。そして、メソ
ッドｚ（）を集合Mから除外する。この結果、集合M＝
｛ｘ（）、ｙ（）｝となる。処理４０６が終わったら処
理４０７に進み、集合M’＝φ（空集合）とする。次に
判断４０８に進み、集合Mが空集合か調べ、そうならば
処理４１８に進み、そうでないならば処理４０９に進
む。ここでは集合Mが空集合でないので処理４０９に進
む。処理４０９では集合Mからメソッドを一つ取り出
す。ここでは、メソッドｘ（）を取り出すものとする。
その結果、 集合M＝｛ｙ（）｝となる。

【００１５】次に、処理４１０でクラスC３が実装する
全インタフェースからなる集合を集合Iとする。ここで
は、集合I＝｛I１｝になる。続く判断４１１で、メソッ
ドｘ（）を宣言するインタフェースが集合Iに含まれる
か調べ、含まれるなら処理４１２に、含まれないなら処
理４１７に進む。ここでは、メソッドｘ（）を宣言する
インタフェースI１が集合Iに含まれるので、処理４１２
に進む。処理４１２では、実行時システム２０１に読込
み済みの全クラス節２０５からなる集合を集合Sとす
る。ここでは、S＝｛C１、C２｝になる。続く判断４１
３では、集合SがインタフェースI1を実装するクラスを
含むか調べ、含むならば処理４１４に進み、含まないな
らば処理４１７に進む。ここでは、クラスC１がインタ
フェースI１を実装するので処理４１４に進む。インタ
フェースI1を実装するクラスが複数存在する場合には、
そのうち一つを選んで処理４１４に進む。複数存在する
場合のクラスの選び方には、一番最初に見つけたクラス
を選ぶ方法などがある。処理４１４では、クラスC１の
メソッドディスパッチテーブルにおいてメソッドｘ（）
が登録されている位置Lを取得する。図６から、メソッ
ドｘ（）の登録されている位置は０番目のエントリ名の
で、L＝０となる。続く判断４１５でテーブルTの位置L
のエントリが空か調べ、空ならば処理４１６に進み、空
でないならば処理４１７に進む。

【００１６】図９をみると、テーブルTの０番目のエン
トリが空でないので、処理４１７に進む。処理４１７で
は集合M’にメソッドｘ（）を加える。この結果、M’＝
｛ｘ（）｝となる。処理４１７が終わったら判断４０８
に戻る。判断４０８以下、メソッドｙ（）について同様
の処理をおこなうと、処理４０９、処理４１０、判断４
１１、処理４１２、判断４１３を経由して処理４１４に
たどり着く。

【００１７】処理４１４でクラスC１におけるメソッド
ｙ（）の登録されている位置L＝１を取得し、判断４１
５に進むと、テーブルTの１番目のエントリは空いてい
るので、処理４１６に進む。処理４１６では、テーブル
Tの位置Lのエントリにメソッドｙ（）を登録する。これ
により、同一のインタフェースI１を実現するクラスC３
とクラスC１のメソッドディスパッチテーブルにおい
て、インタフェースI１が宣言するメソッドｙ（）が、
互いに同じ位置のエントリに登録され、インタフェース
呼出しの高速実行が可能になる。メソッドｙ（）をクラ
スC３のメソッドディスパッチテーブルに登録した結果
を図１０に示す。処理４１６が終わったら、判断４０８
に戻る。この時点で、集合M＝φであるので、判断４０
８から処理４１８に進む。処理４１８では集合M’中の
メソッドをテーブルTの空エントリに登録する。ここで
集合M’＝｛ｘ（）｝なので、メソッドｘ（）をテーブ
ルTに登録する。

【００１８】登録が終わった時点でのクラスC３のメソ
ッドディスパッチテーブルの内容を図１１に示す。処理
４１８が終わったら、メソッドディスパッチテーブルは
完成である。

【００１９】完成したクラスC３のメソッドディスパッ
チテーブル（図１１）と、クラスC３と同じくインタフ
ェースIを実装するクラスC１のメソッドディスパッチテ
ーブルを比較すると、インタフェースが宣言するメソッ
ドｘ（）、ｙ（）のうち、メソッドｙ（）については互
いに同じ位置に登録されているが、メソッドｘ（）につ
いては互いに同じ位置に登録されていないことがわか
る。このように、インタフェースが宣言するメソッドの
一部についてのみ、登録される位置を同一にしてインタ
フェース呼出しの高速化をはかるケースもある。

【００２０】

【発明の効果】インタフェース呼出しを高速化し、プロ
グラムの実行を高速化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実行機械の例を示す図。

【図２】言語処理系の構成例を示す図。

【図３】クラスローダの例を示す図。

【図４】メソッドディスパッチテーブルの構築手順の実
施例を示す図。

【図５】プログラムの例を示す図。

【図６】メソッドディスパッチテーブルの実施例（その
1）を示す図。

【図７】メソッドディスパッチテーブルの実施例（その
２）を示す図。

【図８】メソッドディスパッチテーブルの実施例（その
３）を示す図。

【図９】メソッドディスパッチテーブルの実施例（その
４）を示す図。

【図１０】メソッドディスパッチテーブルの実施例（そ
の５）を示す図。

【図１１】メソッドディスパッチテーブルの実施例（そ
の６）を示す図。

【符号の説明】

416…同じインタフェースを実装するクラスのメソッド
ディスパッチテーブルの同じ位置のエントリに、インタ
フェースが宣言するメソッドを登録する処理。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インタフェースiが宣言するメソッドm
   を、インタフェースiを実装する複数のクラスのメソッ
   ドディスパッチテーブルについて互いに同じ位置に登録
   することを特徴とするメソッドディスパッチテーブルの
   構築方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のメソッドディスパッチテ
   ーブルの構築方法を用いるプログラミング言語の処理
   系。
3. 【請求項３】 請求項２記載のソフトウエアを収める記
   録媒体。