가상 메소드 테이블

3. 예시

cpp

class B1 {

public:

void f0() {} // 가상 함수가 아님

virtual void f1() {} // 가상 함수

int int_in_b1;

};

class B2 {

public:

virtual void f2() {} // 가상 함수

int int_in_b2;

};

class D : public B1, public B2 {

public:

void d() {} // 가상 함수가 아님

void f2() {} // B2::f2()를 오버라이드

int int_in_d;

};

```

위 클래스들을 이용하여 객체를 생성한다.

```cpp

B2 *b2 = new B2();

D *d = new D();

```

GCC의 g++ 3.4.6은 객체 `b2`와 `d`에 대해 다음과 같은 32비트 메모리 레이아웃을 생성한다.^[14]
b2 객체 메모리 레이아웃```

b2:

+0: B2의 가상 메소드 테이블에 대한 포인터

+4: int_in_b2의 값

B2의 가상 메소드 테이블:

+0: B2::f2()

```
d 객체 메모리 레이아웃```

d:

+0: D의 가상 메소드 테이블에 대한 포인터 (B1용)

+4: int_in_b1의 값

+8: D의 가상 메소드 테이블에 대한 포인터 (B2용)

+12: int_in_b2의 값

+16: int_in_d의 값

총 크기: 20바이트.

D의 가상 메소드 테이블 (B1용):

+0: B1::f1() // B1::f1()은 재정의되지 않음

D의 가상 메소드 테이블 (B2용):

+0: D::f2() // B2::f2()는 D::f2()에 의해 오버라이드됨

```

`f0()`와 `d()`처럼 선언에 `virtual` 키워드가 없는 함수들은 일반적으로 가상 메소드 테이블에 포함되지 않는다.

클래스 `D`에서 `f2()` 메소드 오버라이딩은 `B2`의 가상 메소드 테이블을 복사하고 `B2::f2()`에 대한 포인터를 `D::f2()`에 대한 포인터로 대체하여 수행된다.

객체의 가상 메소드 테이블은 객체의 동적으로 바인딩된 메소드의 주소를 포함한다. 메소드 호출은 객체의 가상 메소드 테이블에서 메소드의 주소를 가져와 수행된다. 가상 메소드 테이블은 동일한 클래스에 속하는 모든 객체에 대해 동일하며, 따라서 일반적으로 이들 간에 공유된다. 상속 계층 구조의 형제 클래스처럼 타입 호환 클래스에 속하는 객체는 동일한 레이아웃의 가상 메소드 테이블을 갖는다. 따라서 가상 메소드 테이블 내의 주어진 오프셋에서 메소드의 주소를 가져오면 객체의 실제 클래스에 해당하는 메소드를 얻을 수 있다.^[2]

3. 1. 호출

4. 효율성

가상 함수 호출은 일반 함수 호출에 비해 추가적인 연산이 필요하여 본질적으로 느리다. 가상 함수 호출에는 최소한 추가적인 인덱스 간접 참조와 "fixup" 추가가 필요하기 때문이다.^[2]

1996년에 수행된 실험에 따르면, 실행 시간의 약 6~13%가 올바른 함수로 디스패칭하는 데 소요되며, 오버헤드는 최대 50%까지 발생할 수 있다.^[7] 하지만, 현대의 중앙 처리 장치 아키텍처에서는 더 큰 캐시와 더 나은 분기 예측 덕분에 가상 함수 호출 비용이 상대적으로 낮아질 수 있다.

또한, JIT 컴파일을 사용하지 않는 환경에서는 가상 함수 호출이 일반적으로 인라인 확장될 수 없다. 컴파일러는 가상 함수 테이블 사용을 피함으로써 성능을 최적화하려고 시도한다. 예를 들어, 컴파일러가 특정 시점에서 변수가 특정 클래스만을 가질 수 있다는 것을 알거나, 특정 함수를 오버라이드하는 하위 클래스가 없다는 것을 탐지할 수 있는 경우, 가상 함수 테이블 조회를 생략할 수 있다.

5. 대안과의 비교

가상 메소드 테이블(vtable)은 일반적으로 동적 디스패치를 구현하기 위한 좋은 성능 절충안이지만, 바이너리 트리 디스패치와 같은 대안도 존재한다.^[1][8][15]

그러나 가상 메소드 테이블은 특수한 "this" 매개변수에 대한 단일 디스패치만 허용하며, 모든 매개변수의 유형을 디스패치에 고려하는 다중 디스패치(CLOS, Dylan, Julia)와는 대조적이다.

가상 메소드 테이블은 또한 디스패치가 컴파일 시간에 알려진 메소드 집합으로 제한되는 경우에만 작동하므로, 컴파일 시간에 구축된 간단한 배열에 배치할 수 있다. 이는 덕 타이핑 언어(Smalltalk, Python, JavaScript)와는 대조적이다.

이러한 기능 중 하나 또는 둘 다를 제공하는 언어는 종종 해시 테이블이나 다른 방법을 사용하여 문자열을 검색하여 디스패치한다. 이를 더 빠르게 만들기 위한 다양한 기술(예: 인터닝/토큰화 메소드 이름, 조회 캐싱, JIT 컴파일)이 있다.

참조

_[1] 서적 Efficient Dynamic Dispatch without Virtual Function Tables: The SmallEiffel Compiler -- 12th Annual ACM SIGPLAN Conference on Object-Oriented Programming Systems, Languages and Applications (OOPSLA'97), ACM SIGPLAN, Oct 1997, Atlanta, United States. pp.125-141. inria-00565627 https://hal.inria.fr[...] Centre de Recherche en Informatique de Nancy Campus Scientifique, Bâtiment LORIA 1997
_[2] 서적 1990
_[3] 웹사이트 C++ Reference Guide: The Object Model II http://www.informit.[...] 2003
_[4] 웹사이트 C++ ABI Closed Issues http://www.codesourc[...] 2011-06-17
_[5] 문서
_[6] 웹사이트 C++ - why there are two virtual destructor in the virtual table and where is address of the non-virtual function （gcc4.6.3） https://stackoverflo[...]
_[7] 논문 The Direct Cost of Virtual Function Calls in C++ https://dl.acm.org/d[...] OOPSLA 1996
_[8] 간행물 Stress-testing Control Structures for Dynamic Dispatch in Java http://www.usenix.or[...] Proceedings of the USENIX 2nd Java Virtual Machine Research and Technology Symposium, 2002 (JVM '02) 2002
_[9] 논문 The Direct Cost of Virtual Function Calls in C++ http://www.cs.ucsb.e[...] OOPSLA 1996
_[10] 간행물 Stress-testing Control Structures for Dynamic Dispatch in Java http://www.sagecerti[...] Proceedings of the USENIX 2nd Java Virtual Machine Research and Technology Symposium, 2002 (JVM '02) 2002
_[11] 서적 1990
_[12] 문서
_[13] 웹사이트 C++ ABI Closed Issues https://web.archive.[...]
_[14] 문서
_[15] 간행물 Stress-testing Control Structures for Dynamic Dispatch in Java http://www.usenix.or[...] Proceedings of the USENIX 2nd Java Virtual Machine Research and Technology Symposium, 2002 (JVM '02) 2002