C++ 虚成员函数和动态联编

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——编译器对非虚方法使用静态联编(编译时匹配),对虚方法使用动态联编(运行时匹配)。

  • 未使用虚方法时,指针类型在编译时已知,因此编译器在编译时,可以将成员方法关联到相应的类,这被称为静态联编;
  • 使用虚方法时,通常只有在运行程序时才能确定对象类型,所以编译器生成的代码在程序执行时将成员函数关联到相应的类,这被称为动态联编。

  静态联编比动态联编效率高。

  虚函数的工作原理。

  虚函数。

  重新定义成员函数(改变函数特征标)。

  重新定义重载的成员函数。

效率

为使程序能够在运行阶段进行决策,必须采取一些方法来跟踪基类指针或引用指向的对象类型,这增加了额外的处理开销。因此下列情况更适合静态联编:

  • 类不会用作基类
  • 派生类不重新定义基类的任何方法

因此静态联编被设置为C++的默认选择。

如果要在派生类中重新定义基类的方法,则将它设置为虚方法;否则设置为非虚方法。

虚函数的工作原理

编译器处理虚函数的方法是:给每个对象添加一个隐藏成员。隐藏成员中保存了一个指向·函数地址·数组的指针。这种数组被称为虚函数表(vtbl),表中存储了为类对象进行声明的虚函数的地址。

派生类对象将包含一个指向独立地址表的指针(即新创建一个表)。(增加内存开销)

调用虚函数时,程序将查看存储在对象中的vtbl地址,然后转向相应的函数地址表并在表中查找地址。(影响执行速度)

总之,使用虚函数将在内存和执行速度上有一定的成本;即使非函数的效率比虚函数稍高,却不具备动态联编功能。

构造函数不能是虚函数。

析构函数应当是虚函数,除非类不用做基类。

友元函数不能是虚函数,因为友元不是类成员,而只有成员才可以是虚函数。

如果派生类没有重新定义函数,将使用该函数的基类版本(继承它)。如果派生类位于派生链中,则将使用最新的虚函数版本(指针或引用调用),基类版本被隐藏的情况除外。

重新定义将隐藏基类方法:

class Dwelling
{
public:
    virtual void showperks(int a) const;
    ...
};
class Hovel : public Dwelling
{
public:
    virtual void showperks() const;
    ...
}

在派生类中重新定义函数(改变了参数特征标),将隐藏同名的基类方法,而不是重载基类方法。

Hovel trump;
trump.showperks();    // valid
trump.showperks(5);    // invalid

如果重新定义继承的方法,应确保与原来的原型完全相同。如果返回类型为基类引用或指针,则可以修改为指向派生类的引用或指针(返回类型协变:即允许返回类型随类类型的变化而变化)。

如果基类声明被重载了,则应在派生类中重新定义所有的基类版本;如果只定义了一个版本,则其它版本将被隐藏,派生类对象将无法使用它们。

class Dwelling
{
public:
    virtual void showperks(int a) const;
    virtual void showperks(double x) const;
    virtual void showperks() const;
    ...
};
class Hovel : public Dwelling
{
    virtual void showperks(int a) const;
    virtual void showperks(double x) const;
    virtual void showperks() const;
    ...
};

如果不需要修改,则新定义可只调用基类版本:

void Hovel::showperks()const {Dwelling::showperks();}

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