C中的虚拟功能是什么？它们如何启用多态性？

C中的虚拟功能是什么？它们如何启用多态性？

了解虚拟功能和多态性

在C中，虚拟函数是使用virtual关键字在类中声明的成员函数。它们的主要目的是启用多态性，这是一种强大的面向对象的编程（OOP）概念，可让您以统一的方式对待不同类别的对象。这是通过运行时调度实现的。

当对象上调用虚拟函数时，未在编译时（静态绑定）确定要执行的实际函数。相反，它是基于对象的动态类型（在运行时的对象类型）在运行时（动态绑定）确定的。这意味着，如果您具有指向派生类对象的基类指针，并且指针称为虚拟函数，则将执行派生的类的该函数的类版本。

让我们用一个例子说明：

 <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>

在此示例中， makeSound是虚拟函数。即使将animal宣布为Animal指针，但根据实际对象类型的不同，在运行时调用了正确的makeSound功能（ Dog或Cat ）。这是通过虚拟函数实现多态性的本质。没有virtual关键字，无论实际对象类型如何（静态调度）， Animal的makeSound版本总是被称为。

为什么虚拟功能对于C中的面向对象的编程很重要？

虚拟函数在OOP中的重要性

虚拟功能对于实现多个关键OOP原则至关重要：

• 多态性：如上所述，它们是运行时多态性的基础，使您可以编写灵活且可扩展的代码，可以统一处理不同类别的对象。这避免了基于对象类型的广泛条件逻辑的需求。
• 可扩展性：您可以轻松添加新的派生类，而无需修改现有的基类代码。虚拟功能机制自动处理派生类中适当的覆盖功能的调用。
• 代码可重复使用：虚拟函数通过允许派生的类继承和扩展基类功能而无需重写整个函数来促进代码可重复性。他们允许行为专业。
• 抽象：虚拟功能通过隐藏实现细节来促进抽象。客户端代码与基类接口进行交互，不知道派生类的特定实现详细信息。

虚拟函数与C中的常规成员功能有何不同？

虚拟与常规会员功能

关键区别在于它们的约束方式：

• 虚拟函数：在运行时绑定（动态调度）。适当的函数是在函数调用时根据对象的动态类型确定的。他们需要一个虚拟功能表（VTable）来实现此运行时绑定。
• 常规成员功能：绑定在编译时间（静态调度）。编译器根据对象的静态类型（代码中声明的类型）确定要调用的功能。不涉及VTable。

另一个区别是virtual关键字。使用基类中的virtual关键字声明虚拟函数。派生的类可以使用override关键字（C 11及以后）覆盖它们。常规会员函数不使用virtual关键字。在派生类中覆盖非虚拟函数，只需创建一个新的，独立的函数。它不会以覆盖虚拟函数的方式替换基类函数。

在C中使用虚拟函数的性能含义是什么？

虚拟功能的性能含义

尽管虚拟功能在代码灵活性和可维护性方面具有显着优势，但它们确实引入了一些性能开销：

• vtable开销：每个具有虚拟函数的类都具有关联的VTable，这是功能指针的表。这增加了少量的内存开销。
• 间接函数调用：调用虚拟函数涉及通过VTable呼叫的间接函数。此间接呼叫通常比对常规成员函数的直接函数呼叫慢。编译器无法优化间接调用，因为它在编译时不知道将执行哪个函数。

但是，在大多数应用中，性能影响通常可以忽略不计。单个虚拟功能调用的开销很小，多态性和代码可维护性的好处通常超过较小的性能成本。只有在极端性能至关重要的部分中，绩效影响才有意义。现代编译器还采用各种优化技术来最大程度地减少虚拟功能调用的开销。建议进行分析以在实际情况下识别实际的性能瓶颈。过早的优化仅基于虚拟函数的使用通常是不必要的。

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