分类： C/C++
2007-02-19 12:19:10
虚函数的开销
人们一提到虚函数，首先想到的是多态，紧接着想到的就是开销（至少我开始的时候就是这样子的），那么虚函数的开销来自哪里？开销究竟有多大？
在理论上来讲，虚函数所带来的动态开销主要依赖于３个方面：编译器、操作系统和机器。但是在现实中，几乎所有的编译器都以同样的方式操作。调用一个虚函
数的开销主要来自于２个方面，一个是如果虚函数不是内联的，就要增加一些额外的机器指令，不过一般来说也就增加３－５个机器指令（是从那里看的，既不清楚
了，不过这个结论我倒是记得很清楚），从时间上来讲，与一个非虚拟函数相比，也就多花费１０％－２０％的开销，如果有几个参数，这个比例会更小。同时，函
数调用的连接开销通常只是总的开销的一小部分，所以基本上来讲，序函数的开销可以忽略不计。当然，如果你在程序中大量运用虚拟函数，效率自然就会有很大的
下降，积少成多么。
虚析构函数的时机
析构函数能不能是虚拟的，这个问题大家都比较清楚：能！那么什么时候把析构函数设计成虚拟的呢？
初学者往往会犯这样的错误：基类析构函数当然应该始终是虚拟的！
看来这个规则比较的容易记住，当然她也有自己的理论基础（虽然分析的不怎么全面）：一个类既然可以作为基类，那么他就打算多态的使用，因此就应该将析构
函数设成虚拟的；另外由于目前大多数编译器都采用vtbl的手法实现虚拟函数，而vtbl是一个类共享的，所有的类的实例都共享这个vtbl，换句话说，
如果一个类里面已经有了一个虚函数，那么把析构函数声明为一个虚函数不会对每个实例对象有什么空间开销。
不过这样的分析还是不准确，例如下面的例子
class Base
{
public:
~Base() {cout<<"Base!"<
class Derive:public Base
{
public:
~Derive() { cout<<"Derive!"<
Derive d;
看看他有没有调用~Base？Base虽然作为基类，但是它的析构函数并不需要声明为虚拟的。那么什么时候才必须声明成虚拟的呢？
更加准确的规则如下：如果派生类有一个特殊的析构函数，并且我们也需要动态的删除基类的指针，那么这个基类的析构函数就应该是虚拟的。
虚构造函数
既然我们有了虚析构函数，那么有没有虚构造函数呢？
很不幸的是，没有！原因在于虚拟调用是一种能够在给定信息不完全的情况下工作的机制。特别地，虚拟允许我们调用某个函数，对于这个函数，仅仅知道它的接
口，而不知道具体的对象类型。但是要建立一个对象，你必须拥有完全的信息。特别地，你需要知道要建立的对象的具体类型。因此，对构造函数的调用不可能是虚
拟的。
不过，还能够给大家一个安慰的是，我们可以模拟虚构造函数。
在TC++PL第15.6.2.节Bjarne大师给出了一个例子。无独有偶，在《Thinking in C++》的作者也给出了一种模拟虚构造函数的方法，基本是这样的。
// 给出一个抽象类shape，里面有要提供的接口
class shape
{
public:
shape();
virtual ~shape();
virtual void draw();
// ....
};
class circle : public shape
{
public:
circle(); ~circle();
void draw();
// ...
};
class rectangle : public shape
{
public:
rectangle(); ~rectangle();
void draw();
// ...
};
// 再给一个shapewrap封装一下
class shapewarp
{
protected:
shape *object;
public:
shapewrap(const string &type)
{
if (type=="circle")
object=new circle;
else if (type=="rectangle")
object=new rectangle;
else
{
// ...
}
}
~shapewrap() { delete object; }
void draw() { object->draw(); }
};
为什么成员函数默认不是virtual的？
因为很多类并不是被设计作为基类的。例如复数类。
而且，一个包含虚拟函数的类的对象，要占用更多的空间以实现虚拟函数调用机制——往往是每个对象占用一个字(word)。这个额外的字是非常可观的，而且在涉及和其它语言的数据的兼容性时，可能导致麻烦(例如C或Fortran语言)。
要了解更多的设计原理，可以参考The D&E of C++。
成员函数的模板可不可以是Virtual的？
ANSI/ISO 的标准说 (14.5.2 p 3): "A member function template shall not be virtual."(一个成员函数的模板不可以是virtual.)
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