C++ では仮想ポインタはどのように実装されますか?

C++ の仮想ポインター メカニズムは、クラスのメンバー関数を指す関数ポインターを含む仮想テーブルを通じて実装されます。基本クラス ポインターが派生クラス オブジェクトを指す場合、仮想ポインターには仮想テーブル アドレスが格納されます。このアドレスは、コンパイラーが正しい仮想関数を見つけて呼び出すために使用されます。このメカニズムにより、ポリモーフィズム、つまり、基底クラス ポインターを使用して派生クラス オブジェクトを操作できるようになり、コードの保守性とスケーラビリティが向上します。ただし、メモリのオーバーヘッドが増加し、パフォーマンスが低下します。

C++ における仮想ポインターの実装メカニズム

仮想ポインターは、オブジェクト指向プログラミングでポリモーフィズムを実現するための中心的なメカニズムです。これにより、基本クラス ポインターが派生クラスのオブジェクトを指し、派生クラスのメソッドを呼び出すことができます。

仮想テーブル

C++ の仮想メカニズムは、仮想テーブルを通じて実装されます。すべてのクラスには、関数ポインターを含む配列である vtable があります。仮想テーブル内の関数ポインタは、クラスのメンバー関数を指します。

仮想関数

仮想関数とは、仮想テーブルを持つ関数です。基本クラスのポインターが派生クラスのオブジェクトを指す場合、コンパイラーは vtable を使用して、呼び出す正しいメソッドを見つけます。

仮想ポインタ

仮想ポインタとは、仮想テーブルのアドレスを格納するポインタです。コンパイラは、仮想関数を実行する必要がある場合、仮想ポインタを使用して vtable を検索します。

実践的な例

次のコードを考えてみましょう:

class Shape {
public:
    virtual double area() = 0;
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    double width;
    double height;
    
    double area() override {
        return width * height;
    }
};

class Circle : public Shape {
public:
    double radius;
    
    double area() override {
        return 3.14 * radius * radius;
    }
};

int main() {
    Shape* shapes[] = {new Rectangle(5, 10), new Circle(5)};
    for (Shape* shape : shapes) {
        cout << "Area: " << shape->area() << endl;
    }
    return 0;
}

この例では、仮想ポインタを使用して、呼び出す正しいバージョンを見つけます。 area() 函数是虚函数。当编译器在主函数中调用 area()

実装の詳細

仮想ポインターと仮想テーブルは通常、コンパイル時にコンパイラーによって生成されます。通常、仮想ポインタはオブジェクトの先頭に格納され、仮想テーブルはグローバル データ セグメントに格納されます。

利点

ポリモーフィズムを許可します。つまり、基底クラスのポインターを使用して派生クラスのオブジェクトを操作できます。
• コードの保守性と拡張性を向上させます。
• 型変換のオーバーヘッドを回避します。

欠点

各クラスに仮想テーブルがあるため、メモリのオーバーヘッドが増加します。
• 仮想関数の実行時にコンパイラが追加の検索を実行する必要があるため、パフォーマンスが低下する可能性があります。

以上がC++ では仮想ポインタはどのように実装されますか?の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。