仮想関数と Vtable はどのように C でポリモーフィズムを可能にするのですか?

C での仮想関数と Vtable の仕組み

仮想関数はオブジェクト指向プログラミングの基本的な側面であり、派生クラスのオブジェクトが基本クラスから継承されたメソッドをオーバーライドします。しかし、仮想関数は表面下でどのように実装されているのでしょうか?

Vtable の実装

クラスが仮想関数を定義すると、コンパイラは vtable (仮想関数テーブル)。このテーブルには、そのクラスのすべての仮想関数へのポインタが格納されます。各オブジェクト インスタンスには、そのクラスの vtable のベース アドレスを指す vptr (仮想ポインタ) があります。

Vtable のアクセスと変更

アクセスまたは、実行時に vtable を変更することは、C では一般的に安全ではないと考えられています。言語定義では vtable の使用が必須ではなく、実装が異なると動作も異なる場合があります。ほとんどの場合、vtable は仮想関数を持つクラスに対してのみ存在し、直接変更することはできません。

Vtable と抽象クラス

抽象クラスには純粋な仮想関数があります。派生クラスによってオーバーライドされる必要があります。一部の実装では、抽象クラスの vtable に純粋仮想関数の NULL 関数ポインターが含まれる場合があります。これにより、抽象クラスで純粋仮想関数を呼び出すと、未定義の動作が確実に発生します。

パフォーマンスへの影響

仮想関数を使用すると、動的関数が必要になるため、パフォーマンスのオーバーヘッドが追加されます。実行時のバインディング。このオーバーヘッドは仮想関数の実行にのみ影響し、クラス全体には影響しません。仮想関数をオーバーライドしても実行速度は変わりません。ただし、派生クラス用に個別の vtable を作成すると、追加のスペース オーバーヘッドが発生する可能性があります。

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