c++ 虛函數的實作機制：筆記

1、c++實作多态的方法

其實很多人都知道，虛函數在c++中的實作機制就是用虛表和虛指針，但是具體是怎樣的呢？從more effecive c++其中一篇文章裡面可以知道：是每個類用了一個虛表，每個類的對象用了一個虛指針。具體的用法如下：

class A

{

public:

    virtual void f();

    virtual void g();

private:

    int a

};

class B : public A

{

public:

    void g();

private:

    int b;

};

//A，B的實作省略

因為A有virtual void f（），和g（），是以編譯器為A類準備了一個虛表vtableA，内容如下：

A::f 的位址

A::g 的位址

B因為繼承了A，是以編譯器也為B準備了一個虛表vtableB，内容如下：

A::f 的位址

B::g 的位址

注意：因為B::ｇ是重寫了的，是以B的虛表的g放的是B::g的入口位址，但是f是從上面的A繼承下來的，是以f的位址是A::f的入口位址。

然後某處有語句 B bB;的時候，編譯器配置設定空間時，除了A的int a，B的成員int b；以外，還配置設定了一個虛指針vptr，指向B的虛表vtableB，bB的布局如下：

vptr ： 指向B的虛表vtableB

int a： 繼承A的成員

int b： B成員

當如下語句的時候：

A *pa = &bB;

pa的結構就是A的布局（就是說用pa隻能通路的到bB對象的前兩項，通路不到第三項int b）

那麼pa->g()中，編譯器知道的是，g是一個聲明為virtual的成員函數，而且其入口位址放在表格（無論是vtalbeA表還是vtalbeB表）的第2項，那麼編譯器編譯這條語句的時候就如是轉換：call *(pa->vptr)[1]（C語言的數組索引從0開始哈~）。

這一項放的是B：：g()的入口位址，則就實作了多态。（注意bB的vptr指向的是B的虛表vtableB）

另外要注意的是，如上的實作并不是唯一的，C++标準隻要求用這種機制實作多态，至于虛指針vptr到底放在一個對象布局的哪裡，标準沒有要求，每個編譯器自己決定。我以上的結果是根據g++ 4.3.4經過反彙編分析出來的。

2、兩種多态實作機制及其優缺點

除了c++的這種多态的實作機制之外，還有另外一種實作機制，也是查表，不過是按名稱查表，是smalltalk等語言的實作機制。這兩種方法的優缺點如下：

（1）、按照絕對位置查表，這種方法由于編譯階段已經做好了索引和表項(如上面的call *(pa->vptr[1]） )，是以運作速度比較快;缺點是：當A的virtual成員比較多（比如1000個），而B重寫的成員比較少（比如2個），這種時候，B的vtableＢ的剩下的998個表項都是放Ａ中的ｖｉｒｔｕａｌ成員函數的指針，如果這個派生體系比較大的時候，就浪費了很多的空間。

比如：ＧＵＩ庫，以ＭＦＣ庫為例，ＭＦＣ有很多類，都是一個繼承體系；而且很多時候每個類隻是１，２個成員函數需要在派生類重寫，如果用Ｃ＋＋的虛函數機制，每個類有一個虛表，每個表裡面有大量的重複，就會造成空間使用率不高。于是ＭＦＣ的消息映射機制不用虛函數，而用第二種方法來實作多态，那就是：

（２）、按照函數名稱查表，這種方案可以避免如上的問題；但是由于要比較名稱，有時候要周遊所有的繼承結構，時間效率性能不是很高。（關于ＭＦＣ的消息映射的實作，看下一篇文章）

３、總結：

如果繼承體系的基類的virtual成員不多，而且在派生類要重寫的部分占了其中的大多數時候，用Ｃ＋＋的虛函數機制是比較好的；

但是如果繼承體系的基類的virtual成員很多，或者是繼承體系比較龐大的時候，而且派生類中需要重寫的部分比較少，那就用名稱查找表，這樣效率會高一些，很多的ＧＵＩ庫都是這樣的，比如ＭＦＣ，ＱＴ

ＰＳ. 其實，自從計算機出現之後，時間和空間就成了永恒的主題，因為兩者在98%的情況下都無法協調，此長彼消；這個就是計算機科學中的根本瓶頸之所在。軟體科學和算法的發展，就看能不能突破這對時空權衡了。呵呵

何止計算機科學如此，整個宇宙又何嘗不是如此呢？最基本的宇宙之謎，還是時間和空間~