仮想関数と VTable はどのようにして C で実行時ポリモーフィズムを可能にするのですか?

仮想関数と VTable の実装

C で普及している仮想関数は、実行時ポリモーフィズムを提供し、オブジェクトがベースから継承したメソッドをオーバーライドできるようにします。クラス。効果的に使用するには、実装を深いレベルで理解することが重要です。

vtable の実装

クラスが仮想関数を宣言するたびに、仮想テーブル (vtable) が作成されます。この vtable は仮想関数へのアドレスを格納し、クラス固有です。そのクラスに属する各オブジェクトには、vtable のメモリ アドレスを指す仮想ポインタ (vptr) があります。仮想関数呼び出し中、vptr は関数アドレスを解決するために使用されます。

vtable アクセシビリティ

vtable 自体は、実行時に直接アクセスしたり変更したりすることはできません。言語仕様では vtable は必要ありませんが、ほとんどのコンパイラは仮想関数用に vtable を実装しています。

vtable の存在

Vtable は、少なくとも 1 つの仮想関数を持つクラスに対してのみ作成されます。これは、スペースと時間の両方のオーバーヘッドが発生するためです。

抽象クラスと vtable

実装されていない純粋仮想関数を含む抽象クラスには、不完全な vtable があります。スロットは予約されますが、関数ポインタは未割り当てのままになります。

パフォーマンスへの影響

仮想関数があると、クラス全体ではなく、その関数自体の呼び出しにのみ影響します。ただし、vtable を通じて関数アドレスを解決する際に時間のオーバーヘッドが発生します。仮想関数をオーバーライドしても、その実行時間は改善されません。

追加のオーバーヘッド

派生クラスが仮想関数をオーバーライドすると、新しい vtable が作成され、領域のオーバーヘッドが増加します。ただし、仮想として宣言された関数のみ、vtable を介して解決するパフォーマンス上のペナルティが発生します。

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