为什么 C++ RTTI 需要虚方法 table？

Question

为什么 C++ RTTI 要求 class 有一个虚拟方法 table？虽然使用 table 作为多态向上转换的手段似乎是合理的，但从设计的角度来看，它似乎并不是严格要求的。例如，class 可以包含传达信息的散列或唯一标识符。

对于认为这个问题过于琐碎的 C++ 专家来说，这将有助于这个问题的发帖者（他是 C++ 的初学者）解释为什么 vtables 需要从RTTI 的设计观点，以及实现 RTTI 的其他设计方法（而不是使用 vtables）是什么（以及为什么它们 work/don 不如 vtables).

Answer 1

从语言的角度来看，答案是：不是。 C++ 标准中没有任何地方说明虚函数是如何实现的。编译器可以自由地确保调用正确的函数，但是它认为合适。

那么，用 id 和丢弃 vtable？（用 id 替换 vtable 并没有任何帮助，一旦你解决了 vptr，你就已经知道运行-time 类型）
运行时间如何知道实际调用哪个函数？

考虑：

template <int I>
struct A {
  virtual void foo() {}
  virtual void bar() {}
  virtual ~A() {}
};

template <int I>
struct B : A<I> {
  virtual void foo() {}
};

假设您的编译器给出 A<0> ... 让我们称之为 vid ... 0 和 A<1> vid 1。请注意 A<0> 和 A<1> 在这一点上是完全不相关的类。如果你说 a0.foo() 其中 a0 是 A<0> 会发生什么？在运行时间，非虚拟函数只会导致静态调度 call。但是对于虚函数来说，调用函数的地址必须在运行时确定。

如果你只有 vid 0，你仍然需要编码你想要的功能。这将导致大量 if-else 分支，以找出正确的函数指针。

if (vid == 0) {
  if (fid == 0) {
    call A<0>::foo();
  } else if (fid == 1) {
    call A<0>::bar();
  } /* ... */
} else if (vid == 1) {
  if (fid == 0) {
    call A<1>::foo();
  } else if (fid == 1) {
    call A<1>::bar();
  } /* ... */
} /* ... */

这会失控的。因此，table。在 A<0>'s vtable and you have the address of the actual function to call. If you have a B<0> object on your hands instead, add the offset to that class' table 的基指针的基址上添加一个标识 foo() 函数的偏移量。

理论上，编译器可以为此生成 if-else 代码，但事实证明，指针加法速度更快，生成的代码更小。

Answer 2

Vtable 是提供虚函数的一种非常有效的方式。对于每个对象单个指针的价格，class 的每个成员都可以共享同一个静态 vtable。

为每个 class 添加第二组静态信息将需要每个对象的第二个指针。使现有的 vtable 指针执行双重任务要容易得多。

Answer 3

最终，一切都取决于历史和权衡。
一方面你需要与 C 兼容，特别是标准布局类型必须与 C 中的布局相同，这意味着 RTTI 没有位置。
另一方面，将 RTTI 添加到 vtable 将不会导致实例的大小成本。
C++ 的设计者决定将这两个事实结合到当前的实现中：只有多态类型才具有动态 RTTI 信息。

您仍然可以获得静态 RTTI 信息并为非多态类型制作自己的布局：

template<typename T>
struct S
{
    const std::type_info &type = typeid(T);
    T value;
};

你甚至可以将 void 指针传递给值，它们将具有与 T 相同的结构，而且你知道它们背后有一个类型信息指针。

为什么 C++ RTTI 需要虚方法 table？

Why does C++ RTTI require a virtual method table?

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