C의 가상 함수는 무엇이며 어떻게 다형성을 가능하게합니까?

C의 가상 함수는 무엇이며 어떻게 다형성을 가능하게합니까?

가상 기능과 다형성 이해

C에서 가상 함수는 virtual 키워드를 사용하여 클래스 내에서 선언 된 멤버 기능입니다. 그들의 주요 목적은 다양한 클래스의 객체를 균일 한 방식으로 처리 할 수있는 강력한 객체 지향 프로그래밍 (OOP) 개념 인 다형성을 가능하게하는 것입니다. 이것은 런타임 발송을 통해 달성됩니다.

객체에서 가상 함수가 호출되면, 실행되는 실제 함수는 컴파일 시간 (정적 바인딩)에 결정되지 않습니다. 대신, 객체의 동적 유형 (런타임의 개체 유형)을 기반으로 런타임 (동적 바인딩)에서 결정됩니다. 즉, 파생 클래스 객체를 가리키는 기본 클래스 포인터가 있고 포인터가 가상 함수를 호출하면 해당 기능의 파생 클래스 버전이 실행됩니다.

예를 들어 설명하겠습니다.

 <code class="c  ">class Animal { public: virtual void makeSound() { // Virtual function std::cout makeSound(); // Output: Woof! (Runtime polymorphism) animal = new Cat(); animal->makeSound(); // Output: Meow! (Runtime polymorphism) delete animal; return 0; }</code>

이 예에서 makeSound 가상 기능입니다. animal Animal 포인터로 선언 되더라도 올바른 makeSound 함수 ( Dog 또는 Cat )는 실제 객체 유형에 따라 런타임에 호출됩니다. 이것은 가상 함수에 의해 가능한 다형성의 본질입니다. virtual 키워드가 없으면 실제 객체 유형 (정적 디스패치)에 관계없이 Animal 의 makeSound 버전은 항상 호출됩니다.

가상 함수가 C의 객체 지향 프로그래밍에 중요한 이유는 무엇입니까?

OOP에서 가상 함수의 중요성

가상 기능은 몇 가지 주요 OOP 원칙을 달성하는 데 중요합니다.

• 다형성 : 위에서 논의한 바와 같이, 이들은 런타임 다형성의 기초이며, 다른 클래스의 객체를 균일하게 처리 할 수있는 유연하고 확장 가능한 코드를 작성할 수 있습니다. 이는 객체 유형을 기반으로 광범위한 조건부 논리가 필요하지 않습니다.
• 확장 성 : 기존 기본 클래스 코드를 수정하지 않고도 새로운 파생 클래스를 쉽게 추가 할 수 있습니다. 가상 함수 메커니즘은 파생 클래스에서 호출을 적절한 재정의 함수로 자동 처리합니다.
• 코드 재사용 성 : 가상 함수는 파생 클래스가 전체 기능을 다시 작성하지 않고도 기본 클래스의 기능을 상속하고 확장 할 수 있도록하여 코드 재사용 성을 촉진합니다. 그들은 행동의 전문화를 허용합니다.
• 추상화 : 가상 함수는 구현 세부 사항을 숨겨 추상화에 기여합니다. 클라이언트 코드는 파생 클래스의 특정 구현 세부 사항을 알지 못하는 기본 클래스 인터페이스와 상호 작용합니다.

가상 함수는 C의 일반 멤버 기능과 어떻게 다릅니 까?

가상 대 일반 회원 기능

주요 차이점은 그들이 어떻게 구속되는지에 있습니다.

• 가상 함수 : 런타임 (동적 디스패치)에 바운드. 적절한 기능은 기능 호출시 객체의 동적 유형에 따라 결정됩니다. 이 런타임 바인딩을 달성하려면 가상 기능 테이블 (VTABLE)이 필요합니다.
• 일반 멤버 기능 : 컴파일 시간 (정적 디스패치)에 결합합니다. 컴파일러는 객체의 정적 유형 (코드에서 선언 된 유형)을 기반으로 호출 할 기능을 결정합니다. vtable이 관여하지 않습니다.

또 다른 차이점은 virtual 키워드입니다. 가상 함수는 기본 클래스에서 virtual 키워드를 사용하여 선언됩니다. 파생 된 클래스는 override 키워드 (C 11 이후)를 사용하여이를 무시할 수 있습니다. 일반 회원 기능은 virtual 키워드를 사용하지 않습니다. 파생 된 클래스에서 비 공약 함수를 우선적으로 사용하면 단순히 새롭고 별도의 기능이 생성됩니다. 가상 함수를 재정의하는 방식으로 기본 클래스 기능을 대체하지 않습니다.

C에서 가상 함수를 사용하는 성능은 무엇입니까?

가상 함수의 성능 영향

가상 기능은 코드 유연성 및 유지 관리에있어 상당한 이점을 제공하지만 일부 성능 오버 헤드를 도입합니다.

• vtable 오버 헤드 : 가상 함수를 가진 각 클래스에는 관련 vtable이 있으며 기능 테이블 포인터입니다. 소량의 메모리 오버 헤드가 추가됩니다.
• 간접 기능 호출 : 가상 함수를 호출하려면 vtable을 통한 간접 함수 호출이 포함됩니다. 이 간접 호출은 일반적으로 일반 멤버 함수에 대한 직접 기능 호출보다 느립니다. 컴파일 타임에 모르는 기능이 실행되는 기능이 실행되는 컴파일러는 간접 호출을 최적화 할 수 없습니다.

그러나 성능 영향은 일반적으로 대부분의 응용 프로그램에서 무시할 수 있습니다. 단일 가상 함수 호출의 오버 헤드는 작으며 다형성 및 코드 유지 관리의 이점은 종종 경미한 성능 비용을 능가합니다. 매우 성능이 중요한 코드 섹션에서만 성능 영향이 중요해질 수 있습니다. 최신 컴파일러는 또한 다양한 최적화 기술을 사용하여 가상 기능 호출의 오버 헤드를 최소화합니다. 실제 시나리오에서 실제 성능 병목 현상을 식별하기 위해 프로파일 링이 권장됩니다. 가상 함수 사용만을 기반으로 한 조기 최적화는 종종 불필요합니다.

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