c++ - 机器码层虚函数和条件执行的区别

Question

我正在尝试理解虚函数的概念。根据Wikipedia :

In short, a virtual function defines a target function to be executed, but the target might not be known at compile time.

我的问题是，这与条件执行有何不同？

void conditional_func(func_to_run) {
    switch(func_to_run) {
        case func1_tag: func1(); break;
        case func1_tag: func1(); break;
        ...
    }
}

int main() {
    read func_to_run
    conditional_func(func_to_run)
}

如您所见，conditional_func 的最终目标在运行时是未知的。

在 C++ 中，虚函数似乎被定义为允许“多态性”的工具。我对多态的定义:多态类是一个类，其对象可以具有不同的形式(形态)，而不是具有静态形式。也就是说，对象可以根据其子类具有不同的操作和属性。(我在定义中避免提及特定于语言的概念，例如指针)

因此在 C++ 中所谓的虚函数甚至不必依赖于动态绑定(bind)(目标函数的运行时解析)，而是可以在编译时有一个已知的目标:

int main()
{
    Drived d;
    Base *bPtr = &d;
    bPtr->func();
}

在上面的示例中，编译器知道 Base 指针指向 Derived 对象，因此会知道要运行的 func 版本的目标地址。因此，我的结论是，维基百科所称的虚函数与出于某种原因动态绑定(bind)的 C++ 虚函数相同:

int main()
{
    Drived1 d1;
    Drived2 d2;
    read val;
    if (val == 1) Base *bPtr = &d1;
    else Base *bPtr = &d2;
    bPtr->func();
}

如您所见，这也只是条件执行。所以这是我的问题:

1) 如果虚函数在编译时被定义为目标未知的函数，这与条件执行有何不同？它们在汇编级别上相同但在更高的抽象层上不同吗？

2) 如果将虚函数定义为允许上述定义的多态性的工具，那么是否再次意味着它只是高级语言的概念？

Answer 1

1) If virtual function is defined as a function with unknown target at compile time, how is this different than conditional execution? Are they the same in assembly level but different at higher layers of abstraction?

在汇编/机器代码级别，虚函数通常实现为类特定的函数指针表(称为虚拟调度表或 VDT)，这些类型的每个对象都有一个指向其类表的指针。这些表的布局在基类和派生类之间是一致的，因此给定一个指向层次结构中任何对象的指针，任何给定虚函数的函数指针在所有类的 VDT 中始终处于相同位置。这意味着相同的机器代码可以获取对象指针并找到要调用的函数。

与您说明的基于开关的代码类型的不同之处在于，所有具有此类开关的代码都需要手动更新和重新编译以支持更多类型。使用函数指针，新类型的新代码可以简单地链接到通过指针工作的现有代码，而无需更改或重新编译后者。

2) If virtual function is defined as a facility to allow for polymorphism as defined above, then does it mean that again it is only a concept of higher level languages?

首先，您定义多态性的尝试与 C++ 术语不一致。你有:

A polymorphic class is a class with objects that can have different forms (morphology) as opposed to having a static form. That is, the objects can have different actions and properties based on their subclass.

在 C++ 中，说任何给定的类都有一种形式会更接近事实，而且继承层次结构中的不同类可能具有不同的形式/操作/属性。

继续。在机器代码级别，您可以 - 显然考虑到 C++ 必须输出机器代码 - 使用函数指针并获得与虚函数相同的运行时效果。

虚函数增加的是让编译器为您完成大部分工作的便利性和可靠性:

• 创建虚拟调度表，
• 确保函数指针的顺序一致，
• 为对象提供指向这些表的隐式指针，并在第一个非抽象基础的构造函数中可靠地初始化它，并随着构造函数将其更新为将类层次结构向下冒泡到实际对象的运行时类型，然后将指针的值反转为析构函数开始，
• 检查覆盖是否与它们覆盖的虚函数具有相同的函数签名，
• 当调用的函数可以在编译时推导出来时，可选地优化运行时分派(dispatch)。

这样的保证和编译器生成的操作使得 C++ 风格的虚函数和调度比程序员协调使用函数指针更高级的语言功能，更不用说运行时类型的切换了。也就是说，没有什么可以特别阻止某人向汇编语言添加此类支持。也就是说，许多总体上比 C++ 级别更高的语言缺少与虚函数类似的东西。 (在极端情况下，5GL 甚至可能不会向“程序员”/用户公开函数的概念)。