Die Entwicklungsgeschichte virtueller C++-Funktionen: Auf den Spuren der Ursprünge und Änderungen der polymorphen Programmierung

Virtuelle C++-Funktionen ermöglichen polymorphe Programmierung durch dynamischen Versand und ihre Entwicklung umfasst: virtuelle Zeiger, virtuelle Funktionstabellen, dynamischen Versand und Laufzeittypinformationen (RTTI). Im konkreten Fall wird das dynamische Versandverhalten verschiedener Tierarten durch die Vererbungsbeziehung der Tierklasse und der virtuellen Funktion speak() demonstriert. Virtuelle Funktionen entwickeln sich in C++ ständig weiter, erhöhen die Effizienz und Flexibilität der polymorphen Programmierung und werden zu einem Schlüsselmerkmal für die Ermöglichung von robustem und skalierbarem Code.

Die Evolutionsgeschichte virtueller Funktionen in C++: Ursprung und Wandel der polymorphen Programmierung

Einführung

Virtuelle Funktionen sind ein Schlüsselmerkmal der polymorphen Programmierung in C++, die die Änderung von Unterklassen von Objekten ermöglichen ohne Änderung Definieren Sie sein Verhalten neu, ohne Basisklassencode zu verwenden. In diesem Artikel wird der Ursprung virtueller Funktionen nachgezeichnet, ihre Entwicklung in C++ diskutiert und ihre Anwendung anhand praktischer Fälle demonstriert.

Ursprung: Liskov-Substitutionsprinzip

Das Konzept der polymorphen Programmierung wurde erstmals 1987 von Barbara Liskov in ihrem berühmten Liskov-Substitutionsprinzip vorgeschlagen. Dieses Prinzip besagt, dass jede Unterklasse ihre Oberklasse ersetzen kann, ohne die Korrektheit des Programms zu ändern.

Frühe C++-Implementierung: virtuelle Zeiger

In frühen Versionen von C++ wurden virtuelle Funktionen durch virtuelle Zeigertabellen implementiert. Jedes Objekt enthält einen Zeiger auf eine virtuelle Zeigertabelle, die Zeiger auf jede seiner virtuellen Funktionen speichert. Wenn eine virtuelle Funktion aufgerufen wird, verwendet der Compiler diese Zeigertabelle, um die richtige Funktionsadresse zu finden und sie auszuführen.

Einführung einer virtuellen Funktionstabelle

C++ 2.0 führt eine virtuelle Funktionstabelle ein, die eine effizientere Möglichkeit zur Implementierung virtueller Funktionen darstellt. Die virtuelle Funktionstabelle ist ein Array, das virtuelle Funktionszeiger aller Objekte speichert. Das Objekt ruft seine virtuelle Funktion auf, indem es in dieses Array indiziert, wodurch der Aufwand für das Nachschlagen der virtuellen Zeigertabelle vermieden wird.

Dynamischer Versand

Dynamischer Versand ist eines der Hauptmerkmale virtueller Funktionen. Es ermöglicht einem Objekt, zur Laufzeit basierend auf seinem tatsächlichen Typ die richtige Version einer virtuellen Funktion aufzurufen. Dies wird dadurch erreicht, dass beim Erstellen des Objekts ein Zeiger auf die richtige vtable in der Objekttabelle des Objekts gespeichert wird.

RTTI (Run-Time Type Information)

Run-time Type Information (RTTI) ermöglicht einem Programm, den Typ eines Objekts zur Laufzeit zu bestimmen. Dadurch können Programme robusten Code schreiben, der sich je nach Objekttyp unterschiedlich verhält. In C++ wird RTTI durch die Operatoren typeid und dynamic_cast implementiert. typeid 和 dynamic_cast 操作符来实现。

实战案例：动物花园模拟

考虑一个模拟动物园的程序。每个动物类都从一个基类 Animal 派生，它定义了所有动物共享的共同行为 (eat() 和 sleep())。不同种类的动物可以定义自己的 speak()

Praktischer Fall: Tiergartensimulation

Stellen Sie sich ein Programm vor, das einen Zoo simuliert. Jede Animal-Klasse leitet sich von einer Basisklasse Animal ab, die gemeinsame Verhaltensweisen aller Tiere definiert (eat() und sleep() ). Verschiedene Tierarten können ihre eigenen speak()-Methoden definieren, deren Verhalten je nach Tierart unterschiedlich ist.

class Animal {
public:
    virtual void eat() = 0;
    virtual void sleep() = 0;
};

class Dog : public Animal {
public:
    void eat() override { cout << "Dog eating" << endl; }
    void sleep() override { cout << "Dog sleeping" << endl; }
    void speak() { cout << "Woof!" << endl; }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void eat() override { cout << "Cat eating" << endl; }
    void sleep() override { cout << "Cat sleeping" << endl; }
    void speak() { cout << "Meow!" << endl; }
};

Im Hauptprogramm können wir verschiedene Tierobjekte erstellen und ihre virtuellen Funktionen aufrufen und so den dynamischen Versand demonstrieren:

int main() {
    Animal* dog = new Dog();
    Animal* cat = new Cat();

    dog->speak(); // 输出 "Woof!"
    cat->speak(); // 输出 "Meow!"

    return 0;
}

🎜Fazit🎜🎜🎜Da sich C++ von frühen Versionen zu modernen Versionen weiterentwickelt, wird die Entwicklungserfahrung virtueller Funktionen immer wichtiger Änderungen. Von virtuellen Zeigern über virtuelle Funktionstabellen bis hin zum dynamischen Dispatch haben diese Entwicklungen die Effizienz und Flexibilität der polymorphen Programmierung verbessert. Virtuelle Funktionen bleiben eine Kernfunktion in C++, um robusten und skalierbaren Code zu ermöglichen. 🎜

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