66漫谈c++系列-我理解的虚函数

我理解的虚函数

原文地址：http://blog.chinaunix.net/uid-10780339-id-3247347.html

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> 
        2. C++中虚函数(virtual function)到底有多慢
         <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
         < ... 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