Cの仮想関數(shù)とは何ですか、そしてそれらはどのように多型を有効にしますか？

仮想機(jī)能と多型を理解する

Cでは、仮想関數(shù)は、 virtualキーワードを使用してクラス內(nèi)で宣言されたメンバー関數(shù)です。彼らの主な目的は、異なるクラスのオブジェクトを均一な方法で扱うことができる強(qiáng)力なオブジェクト指向プログラミング（OOP）概念である多型を有効にすることです。これは、ランタイムディスパッチによって達(dá)成されます。

オブジェクトで仮想関數(shù)が呼び出される場合、実行する実際の関數(shù)はコンパイル時(shí)間（靜的バインディング）で決定されません。代わりに、オブジェクトの動(dòng)的タイプ（実行時(shí)のオブジェクトのタイプ）に基づいて、実行時(shí)（動(dòng)的バインディング）で決定されます。これは、派生クラスオブジェクトを指す基本クラスのポインターがあり、ポインターが仮想関數(shù)を呼び出す場合、その関數(shù)の派生クラスのバージョンが実行されることを意味します。

例で説明しましょう：

 <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>

この例では、 makeSound仮想関數(shù)です。 animal Animalポインターとして宣言されていますが、実際のオブジェクトタイプに応じて、実行時(shí)に正しいmakeSound機(jī)能（ DogまたはCatのいずれか）が呼び出されます。これは、仮想関數(shù)によって可能になった多型の本質(zhì)です。 virtualキーワードがなければ、実際のオブジェクトタイプ（靜的ディスパッチ）に関係なく、 AnimalのmakeSoundのバージョンは常に呼び出されます。

Cのオブジェクト指向プログラミングにとって仮想関數(shù)が重要なのはなぜですか？

OOPにおける仮想関數(shù)の重要性

仮想関數(shù)は、いくつかの重要なOOP原則を達(dá)成するために重要です。

• 多型：上記で説明したように、それらはランタイム多型の基礎(chǔ)であり、異なるクラスのオブジェクトを均一に処理できる柔軟で拡張可能なコードを書き込むことができます。これにより、オブジェクトタイプに基づいた広範(fàn)な條件付きロジックの必要性が回避されます。
• 拡張性：既存のベースクラスコードを変更せずに、新しい派生クラスを簡単に追加できます。仮想関數(shù)メカニズムは、派生クラスの適切なオーバーライドされた関數(shù)への呼び出しを自動(dòng)的に処理します。
• コードの再利用性：仮想関數(shù)派生クラスが関數(shù)全體を書き換える必要なく、基本クラスの機(jī)能を継承して拡張できるようにすることにより、コードの再利用性を促進(jìn)します。彼らは行動(dòng)の専門化を可能にします。
• 抽象化：仮想関數(shù)は、実裝の詳細(xì)を隠すことで抽象化に貢獻(xiàn)します。クライアントコードは、派生クラスの特定の実裝の詳細(xì)を認(rèn)識(shí)していないベースクラスインターフェイスと対話します。

仮想関數(shù)は、cの通常のメンバー関數(shù)とどのように異なりますか？

仮想対通常のメンバー関數(shù)

重要な違いは、それらがどのように拘束されるかにあります：

• 仮想関數(shù)：実行時(shí)にバインドされています（動(dòng)的ディスパッチ）。適切な関數(shù)は、関數(shù)呼び出しの時(shí)點(diǎn)でのオブジェクトの動(dòng)的タイプに基づいて決定されます。このランタイムバインディングを?qū)g現(xiàn)するには、仮想関數(shù)テーブル（vtable）が必要です。
• 通常のメンバー関數(shù)：コンパイル時(shí)間（靜的ディスパッチ）でバインドされています。コンパイラは、オブジェクトの靜的タイプ（コードで宣言されたタイプ）に基づいて呼び出す関數(shù)を決定します。 vtableは関與していません。

別の違いは、 virtualキーワードです。仮想関數(shù)は、ベースクラスのvirtualキーワードを使用して宣言されます。派生クラスは、 overrideキーワード（C 11以降）を使用してそれらをオーバーライドできます。通常のメンバー関數(shù)は、 virtualキーワードを使用しません。導(dǎo)出されたクラスで非仮想的な関數(shù)をオーバーライドすると、単に新しい個(gè)別の関數(shù)が作成されます。仮想関數(shù)が最優(yōu)先する方法で、ベースクラスの関數(shù)を置き換えることはありません。

Cで仮想関數(shù)を使用することのパフォーマンスへの影響は何ですか？

仮想関數(shù)のパフォーマンスへの影響

仮想関數(shù)は、コードの柔軟性と保守性の點(diǎn)で大きな利點(diǎn)を提供しますが、パフォーマンスオーバーヘッドを?qū)毪筏蓼埂?/p>

• VTABLEオーバーヘッド：仮想関數(shù)を持つ各クラスには、関數(shù)ポインターの表である関連するVTableがあります。これにより、少量のメモリオーバーヘッドが追加されます。
• 間接関數(shù)呼び出し：仮想関數(shù)の呼び出しには、Vtableを介した間接関數(shù)呼び出しが含まれます。この間接コールは、通常、通常のメンバー関數(shù)への直接関數(shù)呼び出しよりも遅くなります。コンパイラは、コンパイル時(shí)にどの関數(shù)が実行されるかわからないため、間接コールを最適化することはできません。

ただし、ほとんどのアプリケーションでは、パフォーマンスの影響は通常無視できます。単一の仮想関數(shù)呼び出しのオーバーヘッドは小さく、多型とコードの保守性の利點(diǎn)は、しばしばマイナーなパフォーマンスコストを上回ります。コードの非常にパフォーマンスが批判的なセクションでのみ、パフォーマンスの影響が重要になる可能性があります。また、最新のコンパイラは、仮想関數(shù)呼び出しのオーバーヘッドを最小限に抑えるために、さまざまな最適化手法を採用しています。実際のパフォーマンスボトルネックを?qū)g際のシナリオで特定するには、プロファイリングをお?jiǎng)幛幛筏蓼?。仮想関數(shù)の使用のみに基づいた早期最適化はしばしば不要です。

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