如何用 C 語言實作虛函數和 VTable？

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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