c++ - 虚拟函数需要多少字节的额外内存？

Question

虚函数的结构有从简单到复杂的各种情况。什么因素决定了所需的额外内存数量？例如

class A            {virtual void F() {}   };
class B : public A {virtual void F() {}   };

与没有虚函数的类相比，A 和 B 需要多多少内存？另一个带有 2 个虚拟函数的示例，

class A            {virtual void F() {}   virtual void G() {}   };
class B : public A {virtual void F() {}   virtual void G() {}   };

和示例 3

class A            {virtual void F() {};   virtual void G() {}  };
class B : public A {virtual void F() {}                         }; 

[--------------- 添加更多有趣的问题 ------------------]

1. 每个虚方法都有一个虚方法表吗？如果是这样，我认为对于一个类(不是对象，对吧？我认为VPTR是静态的。)具有多个虚方法需要多个VPTR，每个VPTR对应一个虚方法。对吗？

2. 是否可以为所有虚拟方法只构建一张表，并在一个类中只放置一个 VPTR？

3. 而且我认为由于使用了直接VPTR，所以虚函数的调用速度应该比手动if更快。对吗？

[--------------- 测试 ----------------]

我使用 VS2010 和 intel c++ 编译器进行了测试并展示了我的结果。

struct A
{
    static int s_i;
    int i;
    virtual void F()    {i+=1;}
    virtual void G()    {i+=2;}
};

struct B
    : public A
{
    int j;
    virtual void F()    {i+=3;}
    virtual void G()    {i+=4;}

    virtual void H()    {i+=5;}
};

struct C
    : public B
{
    virtual void F()    {i+=6;}

    virtual void H()    {i+=7;}
};

TEST(MemoryForVirtualMethod)
{
    CHECK_EQUAL(sizeof(A), 8);
    CHECK_EQUAL(sizeof(B), 12);
    CHECK_EQUAL(sizeof(C), 12);
}

从结果来看，我的结论是

(1)对于每个具有虚函数的对象，添加一个(隐藏指针)VPTR。

(2)为每个类，为该类的所有虚方法建立一个虚方法表。

(3) 将VPTR放在object中是为了实现动态调度，因为引用的类可能不是动态类。

(4) 该实现调用效率高(比手动 if 更快)，但牺牲了一些内存。

非常感谢!

Answer 1

因为虚拟函数通常实现为 virtual method table (vtable) ，我猜测每个类有O(虚函数数量)，每个对象有1个额外的指针。不像你想要的那么精确，但应该给出一个粗略的想法。 正如 @AlokSave 提到的，还有许多其他微妙之处，这些微妙之处是编译器特定的，并且可能不够一致，无法估计。

Typically, the compiler creates a separate vtable for each class. When an object is created, a pointer to this vtable, called the virtual table pointer, vpointer or VPTR, is added as a hidden member of this object

来源:Wikipedia

您重写的函数数量(如您的示例中所示)是(我猜测)无关紧要的，除非可以在编译时安全地确定要调用的函数，在这种情况下它可能被视为静态调度函数(第二个示例中的G())。这也取决于编译器。

compilers usually avoid using vtables whenever the call can be resolved at compile time.

最后，虚拟函数的速度成本可能比内存更大。