如果实现具有虚函数的类使用了虚表，那么没有虚函数的类如何实现？

Question

如果实现具有虚函数的类使用了虚表，那么没有虚函数的类如何实现？

c++virtual-functions

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特别是，无论如何都必须有一种函数指针存在，对吧？

- Brian R. Bondy

这个问题的背景是什么？你是在寻找特定的问题还是只是想了解一般知识？ - Greg Whitfield

9个回答

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非虚成员函数在本质上只是一种语法糖，它们几乎像普通函数一样，但具有访问检查和隐式对象参数。

struct A 
{
  void foo ();
  void bar () const;
};

基本上与以下相同：

struct A 
{
};

void foo (A * this);
void bar (A const * this);

vtable是必需的，因为它可以确保我们针对特定对象实例调用正确的函数。例如，如果我们有：

struct A 
{
  virtual void foo ();
};

'foo'的实现可能近似于以下内容：

void foo (A * this) {
  void (*realFoo)(A *) = lookupVtable (this->vtable, "foo");
  (realFoo)(this);   // Make the call to the most derived version of 'foo'
}

- Richard Corden

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虚方法用于实现多态。使用 virtual 修饰符将该方法放在 VMT 中，以进行后期绑定，然后在运行时决定从哪个类执行哪个方法。

如果该方法不是虚拟的，则在编译时确定将从哪个类实例执行它。

函数指针主要用于回调。

- m_pGladiator

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如果一个带有虚函数的类使用了虚表来实现，那么一个没有虚函数的类就不会使用虚表来实现。

虚表包含了调度一个方法所需的函数指针。如果该方法不是虚函数，调用将直接转到类的已知类型，不需要间接寻址。

- JB

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对于非虚方法，编译器可以生成普通的函数调用（例如，调用特定地址并将this指针作为参数传递的CALL），甚至可以内联它。对于虚函数，编译器通常在编译时不知道要调用代码的地址，因此它会生成在运行时查找vtable中地址然后调用方法的代码。当然，即使对于虚函数，编译器有时也可以在编译时正确地解析正确的代码（例如，在没有指针/引用的情况下调用局部变量上的方法）。

- Alexander

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（我从原始答案中提取了这一部分，以便可以单独进行批评。它更加简洁并且直接回答了你的问题，因此在某种程度上它是一个更好的答案）

不，没有函数指针；相反，编译器将问题内部处理。

编译器使用对象指针调用全局函数，而不是调用对象内部的指向函数。

为什么？因为这通常更加高效。间接调用是昂贵的指令。

- Euro Micelli

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在运行时期间，函数指针不需要更改。

- yrp

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分支语句直接生成到方法的编译代码中；就像如果您有未在类中定义的函数，分支语句也会直接生成到它们。

- moonshadow

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编译器/链接器直接链接将被调用的方法。不需要vtable间接寻址。顺便问一下，这与“堆栈 vs. 堆”有什么关系？

- Arno

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可以查看英文原文，
原文链接

- Euro Micelli · Accepted Answer

我认为短语“具有虚函数的类使用vtable实现”会让你产生误解。

这个短语让人觉得具有虚函数的类是用“方式A”实现的，而没有虚函数的类则是用“方式B”实现的。

事实上，具有虚函数的类不仅是作为类实现的，它们还有一个vtable。另一种看待此问题的方式是，“‘vtable’实现类的‘虚函数’部分”。

它们的工作原理的更多细节：

所有类（具有虚或非虚方法）都是结构体。C++中结构体和类的唯一区别是默认情况下，结构体成员是公共的，类成员是私有的。因此，在这里我将使用术语“类”来指代结构体和类。记住，它们几乎是同义词！

数据成员

类（以及结构体）只是一个连续的内存块，其中每个成员按顺序存储。请注意，由于CPU架构原因，有时会在成员之间有间隙，因此该块可能比其部件的总和要大。

方法

方法或“成员函数”是一种幻觉。实际上，没有所谓的“成员函数”。一个函数总是只是存储在某个内存位置的一系列机器代码指令。为了进行调用，处理器跳转到该内存位置并开始执行。你可以说所有的方法和函数都是“全局的”，任何反对这个观点的迹象都是编译器强制实施的方便幻觉。

显然，方法像是属于特定对象的，因此显然还有更多事情要做。为了将特定方法（函数）的特定调用与特定对象绑定，每个成员方法都有一个隐藏参数，它是指向相关对象的指针。成员方法“隐藏”在你的C++代码中，你不需要自己添加它，但它是非常真实的。当你这样说：

void CMyThingy::DoSomething(int arg);
{
    // do something
}

编译器确实会这样做：

它实际上将代码编译成计算机可以理解的语言。

void CMyThingy_DoSomething(CMyThingy* this, int arg)
{
    /do something
}

最后，当你写下这段代码时：

myObj.doSomething(aValue);

编译器显示：

CMyThingy_DoSomething(&myObj, aValue);

不需要任何函数指针！编译器已经知道您正在调用哪个方法，因此直接调用它。

静态方法甚至更简单。它们没有this指针，因此它们的实现与您编写的完全相同。

就是这样！其余部分只是方便的语法糖：编译器知道一个方法属于哪个类，因此它确保不让您在未指定函数的情况下调用该方法。它还将使用这些知识将myItem转换为this->myItem，当它明确时会这样做。

（是的，没错：即使您看不到它，方法中的成员访问也始终通过指针间接进行）