仮想テーブルとポインタは、C で仮想関数ディスパッチを実装する唯一の方法ですか?

代替仮想関数ディスパッチ実装: 仮想ポインタとテーブルを超えて

C における仮想関数呼び出しの概念は、動的バインディングの基礎です。オブジェクトが実行時に実際の型に基づいてポリモーフィックな動作を呼び出せるようにします。仮想ポインタと仮想テーブルのメカニズムは、仮想関数呼び出しを実装するために広く採用されているアプローチですが、これが唯一のオプションではありません。この記事では、代替実装を検討し、その前提に疑問を呈します。

Q1: 仮想テーブルと仮想ポインタの代替実装

一般的な考えに反して、コンパイラは実際に、次の方法で仮想関数ディスパッチを実装できます。仮想テーブルとポインタ以外のメソッド。そのような例の 1 つは「オブジェクト内ポインタ」方式です。この方式では、各オブジェクトがその仮想関数テーブルへの直接ポインタを自身のメモリ内に格納します。このアプローチにより、複雑な継承ツリーや大きな配列を持つオブジェクトの効率が向上します。

Q2: 仮想関数と仮想ポインターのサイズ

任意のクラスの sizeof というアサーション単一の仮想関数を含む場合でも、ポインター (仮想ポインター) のサイズは常に同じになります。必ずしもすべてのコンパイラーに当てはまるとは限りません。前述の「オブジェクト内ポインター」メソッドなどの代替実装では、オブジェクト自体内に仮想関数ポインターが割り当てられるため、sizeof 値が異なる場合があります。

Discussion

仮想関数ディスパッチのための仮想ポインタとテーブルの使用には、特定の制限があります。たとえば、複雑な継承構造を持つオブジェクトに対して、冗長で非効率的なコード生成が発生する可能性があります。さらに、クラスごとに個別の仮想テーブルを維持する必要があるため、過剰なメモリ消費が発生する可能性があります。

代替実装を検討することで、これらの非効率性に対処するソリューションを構想できるようになります。たとえば、オブジェクト アドレスを仮想関数ポインタなどの対応するメタデータに関連付けるマッピング テーブルは、ストレージのオーバーヘッドを削減し、配列のパフォーマンスを向上させる可能性があります。

C コンパイラでは vtable ポインタが依然として主要な実装ですが、代替アプローチの存在を認識することが重要です。これらの代替案は、効率、メモリ使用量、複雑さの点でさまざまなトレードオフを提供することができ、仮想関数ディスパッチ メカニズムのさらなる革新への道を開きます。

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