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如何用 C 語言實作虛函數和 VTable?

Barbara Streisand
發布: 2024-12-23 08:55:14
原創
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How are Virtual Functions and VTables Implemented in C  ?

揭示虛擬函數和 VTable 的複雜性

虛擬函數是 C 中的一個重要概念,允許實現多態性行為。但這些虛擬功能在核心層是如何實現的呢?深入閱讀本文,了解虛函數及其不可或缺的伴侶 vtable 的複雜性。

虛函數是如何實現的?

當類別定義虛擬函數時,為此類別產生一個 vtable(虛擬方法表)。此虛擬函數表儲存指向虛擬函數的指標。包含虛擬函數的類別的每個物件都包含一個 vptr(虛擬指標),該指標指向記憶體中 vtable 的基底位址。

當呼叫虛擬函數時,v-table 用於定位函數位址。 vptr 提供 vtable 的基底位址,允許在執行時間動態綁定。

Vtable 操作和可訪問性

vtable 可以在運行時修改或存取嗎?答案通常是「否」。記憶體操作可以提供對 vtable 的訪問,但確定正確調用的函數簽名仍然具有挑戰性。

Vtables 和物件實例

執行所有對象,無論它們是否有虛函數,有虛函數表嗎?該規範沒有強制要求 vtable,因此實作細節決定了此行為。現代編譯器通常只為至少具有一個虛擬函數的類別建立 vtable。

抽象類別和純虛函數

具有純虛函數的抽象類別的處理方式有所不同。語言規範沒有指定純虛函數如何在 vtable 中表示,將其留給實作。

一種方法是在 vtable 中分配一個槽,但不為其分配地址,從而導致不完整的 vtable,需要派生類別來實現函數並完成 vtable。

虛函數對的影響效能

虛函數的存在是否會影響整個類別的效能?開銷主要與呼叫虛擬函數有關,而不是與定義它們有關。僅當實際呼叫虛擬函數時才會產生時間命中。空間開銷是一個額外的問題,因為每個類別都需要一個 vtable。

重寫虛擬函數和速度

重寫虛擬函數不一定會提高其執行速度。衍生類別可能會建立自己的 vtable,從而導致額外的空間開銷。

更多資源

要進一步探索,請考慮以下資源:

  • http://www.codersource.net/published/view/325/virtual_functions_in.aspx(免費Wayback機)
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_table
  • http://www.codesourcery.com/public/cxx-some/some.html#vtable

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來源:php.cn
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