C++ 仮想関数の進化の歴史: ポリモーフィック プログラミングの起源と変遷をたどる

C 仮想関数は、動的ディスパッチを通じてポリモーフィック プログラミングを実装します。その進化には、仮想ポインター、仮想関数テーブル、動的ディスパッチ、ランタイム型情報 (RTTI) が含まれます。実際のケースでは、さまざまな動物タイプの動的なディスパッチ動作が、動物クラスの継承関係と仮想関数 speech() を通じて示されます。 C では仮想関数が進化し続けており、ポリモーフィック プログラミングの効率と柔軟性が向上し、堅牢でスケーラブルなコードを実現するための重要な機能となっています。

#C 仮想関数の進化の歴史: ポリモーフィック プログラミングの起源と変化

はじめに

仮想関数は、C のポリモーフィック プログラミングの重要な機能であり、基本クラスのコードを変更せずに、オブジェクトのサブクラスがその動作を再定義できるようにします。この記事では、仮想関数の起源をたどり、C における仮想関数の進化を探り、実際のケースを通じてその応用例を示します。

起源: リスコフの置換原理

ポリモーフィック プログラミングの概念は、1987 年に Barbara Liskov によって、彼女の有名なリスコフの置換原理で最初に提案されました。この原則は、プログラムの正確さを変えることなく、サブクラスはそのスーパークラスを置き換えることができると述べています。

初期の C 実装: 仮想ポインター

C の初期バージョンでは、仮想関数は仮想ポインター テーブルを通じて実装されました。各オブジェクトには、その各仮想関数へのポインタを格納する仮想ポインタ テーブルへのポインタが含まれています。仮想関数が呼び出されるとき、コンパイラはこのポインタ テーブルを使用して正しい関数アドレスを見つけて実行します。

仮想関数テーブルの導入

C 2.0 では、仮想関数を実装するためのより効率的な方法である仮想関数テーブルが導入されました。仮想関数テーブルは、すべてのオブジェクトの仮想関数ポインターを格納する配列です。オブジェクトは、この配列にインデックスを付けて仮想関数を呼び出します。これにより、仮想ポインタ テーブルを検索するオーバーヘッドが回避されます。

動的ディスパッチ

動的ディスパッチは、仮想関数の重要な機能の 1 つです。これにより、オブジェクトは実行時に実際の型に基づいて仮想関数の正しいバージョンを呼び出すことができます。これは、オブジェクトの作成時に、オブジェクトのオブジェクト テーブルに正しい vtable へのポインタを格納することによって実現されます。

RTTI (実行時型情報)

実行時型情報 (RTTI) を使用すると、プログラムは実行時にオブジェクトの型を判断できます。これにより、プログラムはオブジェクトの種類に応じて動作が異なる堅牢なコードを作成できます。 C では、RTTI は

typeid および dynamic_cast 演算子を通じて実装されます。

実際のケース: 動物園のシミュレーション

動物園をシミュレートするプログラムを考えてみましょう。各 Animal クラスは、すべての動物に共有される共通の行動 (

eat() および sleep()) を定義する基本クラス Animal から派生します。さまざまな種類の動物が独自の speak() メソッドを定義でき、その動作は動物の種類に応じて異なります。

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; }
};

メイン プログラムでは、さまざまな動物オブジェクトを作成し、それらの仮想関数を呼び出すことができ、動的ディスパッチを実証します。

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

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

    return 0;
}

結論

As C は初期バージョンから最新バージョンまで進化し、仮想関数の開発には大きな変化が生じました。仮想ポインタから仮想関数テーブル、動的ディスパッチまで、これらの進化によりポリモーフィック プログラミングの効率と柔軟性が向上しました。仮想関数は、堅牢でスケーラブルなコードを実現するための C の中核機能であり続けます。

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