C中的虛擬功能是什么？它們?nèi)绾螁⒂枚鄳B(tài)性？

了解虛擬功能和多態(tài)性

在C中，虛擬函數(shù)是使用virtual關(guān)鍵字在類中聲明的成員函數(shù)。它們的主要目的是啟用多態(tài)性，這是一種強(qiáng)大的面向?qū)ο蟮木幊蹋∣OP）概念，可讓您以統(tǒng)一的方式對(duì)待不同類別的對(duì)象。這是通過運(yùn)行時(shí)調(diào)度實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)對(duì)象上調(diào)用虛擬函數(shù)時(shí)，未在編譯時(shí)（靜態(tài)綁定）確定要執(zhí)行的實(shí)際函數(shù)。相反，它是基于對(duì)象的動(dòng)態(tài)類型（在運(yùn)行時(shí)的對(duì)象類型）在運(yùn)行時(shí)（動(dòng)態(tài)綁定）確定的。這意味著，如果您具有指向派生類對(duì)象的基類指針，并且指針稱為虛擬函數(shù)，則將執(zhí)行派生的類的該函數(shù)的類版本。

讓我們用一個(gè)例子說明：

 <code class="c  ">class Animal { public: virtual void makeSound() { // Virtual function std::cout makeSound(); // Output: Woof! (Runtime polymorphism) animal = new Cat(); animal->makeSound(); // Output: Meow! (Runtime polymorphism) delete animal; return 0; }</code>

在此示例中， makeSound是虛擬函數(shù)。即使將animal宣布為Animal指針，但根據(jù)實(shí)際對(duì)象類型的不同，在運(yùn)行時(shí)調(diào)用了正確的makeSound功能（ Dog或Cat ）。這是通過虛擬函數(shù)實(shí)現(xiàn)多態(tài)性的本質(zhì)。沒有virtual關(guān)鍵字，無論實(shí)際對(duì)象類型如何（靜態(tài)調(diào)度）， Animal的makeSound版本總是被稱為。

虛擬函數(shù)與C中的常規(guī)成員功能有何不同？

虛擬與常規(guī)會(huì)員功能

關(guān)鍵區(qū)別在于它們的約束方式：

• 虛擬函數(shù)：在運(yùn)行時(shí)綁定（動(dòng)態(tài)調(diào)度）。適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)是在函數(shù)調(diào)用時(shí)根據(jù)對(duì)象的動(dòng)態(tài)類型確定的。他們需要一個(gè)虛擬功能表（VTable）來實(shí)現(xiàn)此運(yùn)行時(shí)綁定。
• 常規(guī)成員功能：綁定在編譯時(shí)間（靜態(tài)調(diào)度）。編譯器根據(jù)對(duì)象的靜態(tài)類型（代碼中聲明的類型）確定要調(diào)用的功能。不涉及VTable。

另一個(gè)區(qū)別是virtual關(guān)鍵字。使用基類中的virtual關(guān)鍵字聲明虛擬函數(shù)。派生的類可以使用override關(guān)鍵字（C 11及以后）覆蓋它們。常規(guī)會(huì)員函數(shù)不使用virtual關(guān)鍵字。在派生類中覆蓋非虛擬函數(shù)，只需創(chuàng)建一個(gè)新的，獨(dú)立的函數(shù)。它不會(huì)以覆蓋虛擬函數(shù)的方式替換基類函數(shù)。

在C中使用虛擬函數(shù)的性能含義是什么？

虛擬功能的性能含義

盡管虛擬功能在代碼靈活性和可維護(hù)性方面具有顯著優(yōu)勢，但它們確實(shí)引入了一些性能開銷：

• vtable開銷：每個(gè)具有虛擬函數(shù)的類都具有關(guān)聯(lián)的VTable，這是功能指針的表。這增加了少量的內(nèi)存開銷。
• 間接函數(shù)調(diào)用：調(diào)用虛擬函數(shù)涉及通過VTable呼叫的間接函數(shù)。此間接呼叫通常比對(duì)常規(guī)成員函數(shù)的直接函數(shù)呼叫慢。編譯器無法優(yōu)化間接調(diào)用，因?yàn)樗诰幾g時(shí)不知道將執(zhí)行哪個(gè)函數(shù)。

但是，在大多數(shù)應(yīng)用中，性能影響通常可以忽略不計(jì)。單個(gè)虛擬功能調(diào)用的開銷很小，多態(tài)性和代碼可維護(hù)性的好處通常超過較小的性能成本。只有在極端性能至關(guān)重要的部分中，績效影響才有意義?，F(xiàn)代編譯器還采用各種優(yōu)化技術(shù)來最大程度地減少虛擬功能調(diào)用的開銷。建議進(jìn)行分析以在實(shí)際情況下識(shí)別實(shí)際的性能瓶頸。過早的優(yōu)化僅基于虛擬函數(shù)的使用通常是不必要的。

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