我所理解的 c++虚函数

绝地灬酷狼 2022-08-11 13:28 153阅读 0赞

我理解的虚函数  
  
曾经在微博看到大牛说道，面试c++能力，虚函数能摆谈一个小时就是不错的。  
  
先列出问题。  
1. c++中的关键词角度  
Virtual 函数，纯虚函数，虚继承 。  
2. 面向c++对象模型角度 看待虚函数  
3. 虚函数的使用角度  
        结合ctor ,dtor等等  
4. 高级主题，简要说明虚函数的优点、缺点  
5.高级主题，请举例说明虚函数性能低的情形，并给出解决方案。  
这里，我的回答是:  
1. c++中的关键词角度  
Virtual 函数（多态的基础），纯虚函数（对应类为抽象类），虚继承 （使用于多重继承对应父类为虚基类）。  
2. 面向c++对象模型角度 看待虚函数  
首先要懂虚表，(基础是分开一般函数（没有使用virtual关键词修饰的)的布局，还有知道dtor位于虚表)  
在不同的继承层次（线性，扇形，钻石型）知道，虚表的布局。  
还有使用了多态的函数如何转换成 c语言 （我理解：先找到虚表，然后找到对应函数指针）  
  
3. 虚函数的使用角度  
ctor为什么不能够调用虚函数（我理解：所有的子类成员还没有初始化，此时访问时机不对。）  
dtor为什么要设置为虚函数（调用子类dtor一次，就逐层销毁了所有（父类的，子类的）资源 ）  
  
4. 高级主题，简要说明虚函数的优点、缺点（答案详细参考引用文档1,2）  
优点：我理解，就是多态  
缺点：这里多说点  
a.  
比起编译时就确定地址的同类功能的函数调用, 动态连编时有效率损失.  
b.  
从指令级别讲,  
     (1.虚函数的不确定性，会让编译器的 指令预测（或者说流水线技术）失效（详细参考）  
     (2. 多了几条汇编指令（运行时得到对应类的函数的地址）  
     (3. 编译器不能内联优化（仅在用父类引用或者指针调用时，不能内联）  
     
5. 高级主题，请举例说明虚函数性能低的情形，并给出解决方案。（答案详细参考引用文档1，3）  
  
当虚函数位于多层循环嵌套的核心部分时，这种情况更严重。还有另外一种性能下降显著的情况：当一系列虚函数频繁被调用时，我们不得不支付程序多次穿过“虚边界”的消耗。  
                  
解决方法很简单：把抽象提高到更高层即可。总的思路是不要让程序频繁在“虚-虚”或者“虚-非虚”之间切换。抽象提高后，把一系列虚函数或者循环中的虚函数都转移到更高一层，大大减低了切换的次数。  
          
          
更多的关于虚函数的效率

详细点，效率有损失，数量级到底有多少，曾经有网友测试，1亿次系统调用会损失约1s,我个人觉得有点微不足道哈。但是这个测试案例不一定有代表性。

a.  
虚函数调用效率和继承层数无关；  
b.  
其实虚函数还是挺快的。虚函数的效率到底低不低和实际要调用的函数的耗时有关，当函数本身的的耗时越长，则虚函数的影响则越小。  
c.  
如果真的要完全移除虚函数，那么如果要实现运行时多态，则要用到函数指针，据上面的分析，函数指针基本具有虚函数的所有缼点（要传递函数指针，同样无法内联，同样影响流水线），且函数指针会使代码混乱。  
  
补充：   
幻の上帝 网友 提出使用 CRTP模式 解决效率问题。  
shanehan 网友提出 使用 boost::bind boost::function来替代虚函数。  
  
参考文档：  
        1. c++ 虚函数机制效率问题(关于流水线)  
         <[http://blog.csdn.net/metalkittie/article/details/3281916][http_blog.csdn.net_metalkittie_article_details_3281916]>   
        2. C++中虚函数(virtual function)到底有多慢  
         <[http://blog.csdn.net/hengyunabc/article/details/7461919][http_blog.csdn.net_hengyunabc_article_details_7461919]>   
        3. 【C++】虚函数的性能和vtable的细节——《C++游戏编程》读书笔记1  
         <[http://hi.baidu.com/springlie/bl ... 2a7f15b21bba55.html][http_hi.baidu.com_springlie_bl ... 2a7f15b21bba55.html]>   
        4.\[C++虚函数系列1\]如何使用CRTP模式解决虚函数的效率损失问题? (  
        [http://blog.chinaunix.net/uid-9605822-id-2000053.html][http_blog.chinaunix.net_uid-9605822-id-2000053.html]

[http_blog.csdn.net_metalkittie_article_details_3281916]: http://blog.csdn.net/metalkittie/article/details/3281916
[http_blog.csdn.net_hengyunabc_article_details_7461919]: http://blog.csdn.net/hengyunabc/article/details/7461919
[http_hi.baidu.com_springlie_bl ... 2a7f15b21bba55.html]: http://hi.baidu.com/springlie/blog/item/2ec8778d462a7f15b21bba55.html
[http_blog.chinaunix.net_uid-9605822-id-2000053.html]: http://blog.chinaunix.net/uid-9605822-id-2000053.html