가상 함수 및 상속을 포함하여 C '객체 모델은 어떻게 작동합니까?

가상 함수 및 상속을 포함하여 C '객체 모델이 작동하는 방법

C '객체 모델은 상속, 다형성 및 캡슐화와 같은 기능을 지원하기위한 컴파일 타임 및 런타임 메커니즘의 조합을 기반으로합니다. 핵심적으로, 그것은 객체를 만드는 청사진으로 클래스의 개념에 의존합니다. 각 객체는 데이터 (멤버 ​​변수)와 코드 (멤버 함수)를 모두 포함하는 클래스 인스턴스입니다.

상속 : 상속을 통해 기존 클래스 (기본 클래스)를 기반으로 새로운 클래스 (파생 클래스)를 생성 할 수 있습니다. 파생 클래스는 기본 클래스의 멤버 (데이터 및 기능)를 상속 받고 자체 구성원을 추가하거나 기존 회원을 재정의 할 수 있습니다. 이것은 코드 재사용을 촉진하고 "IS-A"관계를 설정합니다. 예를 들어, Dog 수업은 Animal 계급에서 물려받을 수 있습니다.

가상 함수 : 가상 함수는 기본 클래스의 virtual 키워드로 선언 된 멤버 기능입니다. 런타임 다형성을 활성화합니다. 즉, 호출 할 올바른 기능은 선언 된 유형이 아니라 객체의 실제 유형에 따라 런타임에서 결정됩니다. 이것은 유연성과 확장 성을 달성하는 데 중요합니다. 이것의 메커니즘은 가상 함수 테이블 (vtable) 입니다. 가상 함수가있는 각 클래스에는 고유 한 Vtable이 있으며 해당 클래스에서 구현 된 가상 함수에 대한 포인터 테이블입니다. 가상 함수를 포함하는 클래스의 각 객체에는 클래스의 vtable을 가리키는 숨겨진 포인터 (종종 VPTR)가 있습니다. 가상 함수가 호출되면 런타임은 VPTR을 사용하여 vtable에서 올바른 함수를 찾습니다.

예:

 <code class="c  ">class Animal { public: virtual void makeSound() { std::cout makeSound(); // Calls Dog::makeSound() due to virtual function delete animal; return 0; }</code>

이 예에서 makeSound 가상 기능입니다. animal Animal 포인터로 선언 되더라도, 개 클래스에서 올바른 makeSound 함수 ( Dog 클래스에서)가 vtable 메커니즘으로 인해 런타임에 호출됩니다.

C에서 가상 함수를 사용하는 성능은 무엇입니까?

가상 함수를 사용하면 비가적인 함수와 비교하여 성능 오버 헤드가 소개됩니다. 이 오버 헤드는 몇 가지 요인에서 비롯됩니다.

• 간접 기능 호출 : 가상 함수에 액세스하려면 추가 수준의 간접성이 포함됩니다. 기능 주소로 직접 점프하는 대신 프로그램은 먼저 VTable을 참조하여 올바른 기능 포인터를 찾은 다음 해당 주소로 이동해야합니다. 이것은 몇 가지 CPU 사이클을 추가합니다.
• vtable 크기 및 메모리 오버 헤드 : 가상 함수가있는 각 클래스에는 vtable이 필요하며 프로그램의 메모리 풋 프린트에 추가됩니다. vtable 자체는 메모리를 차지하며 가상 함수가있는 클래스의 각 객체에는 VPTR이 필요하므로 객체의 크기를 추가합니다.
• 코드 크기 증가 : 가상 함수의 구현은 vtable 및 런타임 디스패치 메커니즘의 필요성으로 인해 코드 크기가 약간 더 커질 수 있습니다.

그러나, 이러한 오버 헤드는 일반적으로 작고 종종 무시할 수 있으며, 특히 가상 기능이 제공하는 다형성 및 코드 유지 가능성의 이점과 비교할 수 있습니다. 최신 컴파일러는 다양한 최적화 기술을 사용하여 인라인 및 기능 포인터 캐싱과 같은 가상 기능의 성능 영향을 최소화합니다. 성능 영향은 가상 함수가 코드의 성능-크리티컬 섹션 내에서 호출 될 때만 중요하며, 그럼에도 불구하고 함수를 매우 많은 시간이라고 불리지 않는 한 차이는 종종 한계입니다.

C 상속은 메모리 관리 및 객체 크기에 어떤 영향을 미칩니 까?

C 상속은 여러 가지 방법으로 메모리 관리 및 객체 크기에 영향을 미칩니다.

• 객체 크기 : 파생 클래스는 일반적으로 기본 클래스의 모든 멤버 변수와 자체 멤버 변수를 포함하기 때문에 기본 클래스보다 더 많은 메모리를 차지합니다. 파생 된 클래스 객체의 크기는 적어도 기본 클래스 및 자체 구성원의 크기의 합이지만 메모리 정렬을위한 패딩으로 인해 더 클 수 있습니다.
• 메모리 레이아웃 : 객체의 정확한 메모리 레이아웃은 컴파일러와 사용 된 상속 모델 (단일, 다중, 가상)에 따라 다릅니다. 단일 상속에서, 기본 클래스 멤버는 일반적으로 먼저 나오고, 파생 클래스 멤버가 뒤 따릅니다. 다중 및 가상 상속은 잠재적 구성원 복제 및 가상 기본 클래스 포인터의 필요성으로 인해 복잡성을 도입합니다.
• 메모리 관리 : 상속을 사용할 때 메모리 관리가 더 복잡해집니다. 파생 계급의 소멸자는 기본 계급의 소멸자 후에 호출됩니다. 이를 통해 기본 클래스에 의해 할당 된 리소스가 파생 클래스의 자원 전에 릴리스되도록합니다. 상속 클래스에서 메모리를 올바르게 관리하지 않으면 메모리 누출 또는 매달려 포인터가 발생할 수 있습니다. Smart Pointers (예 : unique_ptr , shared_ptr )는 이러한 시나리오에서 메모리 관리를 단순화 할 수 있습니다.
• 가상 상속 : 가상 상속은 여러 상속 문제를 피하는 데 도움이됩니다. 다수의 상속 경로가 동일한 가상 기본 클래스로 이어 지더라도 파생 클래스 계층에 가상 기본 클래스의 사본이 하나뿐입니다. 이로 인해 가상 기본 클래스 포인터가 도입되어 객체 레이아웃의 객체 크기와 복잡성이 증가합니다.

C 가상 함수의 맥락에서 정적 파견과 동적 파견의 차이점을 설명 할 수 있습니까?

정적 디스패치 및 동적 디스패치는 런타임에 호출 할 기능을 결정하는 두 가지 방법입니다. 주요 차이점은 결정이 내려 질 때 입니다.

• 정적 디스패치 (초기 바인딩) : 정적 디스패치는 컴파일 시간에 발생합니다. 컴파일러는 객체의 정적 유형 (코드에서 선언 된 유형)을 기반으로 호출 할 함수를 결정합니다. 비 예약 된 기능은 항상 정적 파견을 사용합니다. 기능 호출이 컴파일 시간에 직접 해결되므로 더 빠릅니다.
• 동적 디스패치 (늦은 바인딩) : 동적 디스패치는 런타임에 발생합니다. 컴파일러는 객체의 런타임 유형 (런타임에 객체의 실제 유형)을 사용하여 호출 할 기능을 결정합니다. 이것은 가상 함수에 대한 vtable 메커니즘을 통해 달성됩니다. 가상 함수는 항상 동적 파견을 사용합니다. 이것은 선언 된 객체의 유형에 관계없이 올바른 함수를 호출하기 때문에 다형성을 허용합니다.

차이점을 나타내는 예 :

 <code class="c  ">class Animal { public: void makeSound() { std::cout makeSound(); // Static dispatch: Calls Animal::makeSound() animal->move(); // Dynamic dispatch: Calls Dog::move() delete animal; return 0; }</code>

이 예에서 makeSound 가상이 아니기 때문에 정적 디스패치를 ​​사용하지만 move 가상이기 때문에 동적 디스패치를 ​​사용합니다. 이것은 virtual 키워드의 존재 (또는 부재)가 파견 메커니즘을 지시하는 방법을 보여줍니다.

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