C++の仮想関数の仕組み＆静的に呼ぶ方法

C++における関数のオーバーライド、ポリモーフィズムは

知ってる人には常識だけど他のオブジェクト指向言語の人は悩む事が多い

baseクラスから subA subB クラスを派生させ

printメソッドをオーバーライドさせ


class base
{
public:
	void print()
	{
		printf( "base\n" );
	}
};

class subA : public base
{
public:
	void print()
	{
		printf( "subA\n" );
	}
};

class subB : public base
{
public:
	void print()
	{
		printf( "subB\n" );
	}
};



	base *cls[3];

	cls[0] = new subA();
	cls[1] = new subB();
	cls[2] = new base();


	for( int n=0; n<3; n++ )
	{
		cls[n]->print();
	}

結果：

base

subA subBクラスで printをオーバーライドしたはずなのに

スーパークラスの printメソッドが呼ばれてしまう

アセンブラだと


mov         eax,dword ptr [n]  
mov         ecx,dword ptr cls[eax*4]  
call        base::print (1C113Bh)

base::print を呼んでいるので当然の動き。

問題は

base *cls[3];

C++では通常はメソッドをオーバーライドしても、呼び出したクラスのメソッドが呼ばれる

ポリモーフィズム的には

cls[0]->print();

は、subA のメソッドを呼んでほしい

そういう場合はメソッドに virtualをつける


class base
{
public:
	virtual void print()
	{
		printf( "base\n" );
	}
};

class subA : public base
{
public:
	virtual void print()
	{
		printf( "subA\n" );
	}
};

class subB : public base
{
public:
	virtual void print()
	{
		printf( "subB\n" );
	}
};



	base *cls[3];

	cls[0] = new subA();
	cls[1] = new subB();
	cls[2] = new base();


	for( int n=0; n<3; n++ )
	{
		cls[n]->print();
	}

結果：

subA

subB

base

これで正しくポリモーフィズムが出来た。

なぜスーパークラスのポインタ型なのにサブクラスのメソッドが呼べたかのからくりは

virtual method table(vtable)にある。

virtualで宣言するとそのメソッドは vtableが作られる

このvtableは virtualメソッドへの関数ポインタが入っていて

オーバーライドの際に、このvtableの値がサブクラスの関数ポインタへと置き換わる

その辺は他のページみて下さい。

要は virtualでメソッドを宣言したら関数アドレス直接ではなく、vtableを使った間接呼び出しになること

また vtableはnewした時に、サブクラスの関数アドレスが代入されること

ゆえにスーパークラスのポインタでcallしてもサブクラスのメソッドが呼ばれる

アセンブラだとこう


cls[n]->print();
00E61712  mov         edx,dword ptr [n]  
00E61715  mov         eax,dword ptr cls[edx*4]  
00E61719  mov         edx,dword ptr [ecx]  
00E6171B  mov         esi,esp  
00E6171D  mov         ecx,eax  
00E6171F  mov         eax,dword ptr [edx]  
00E61721  call        eax

そして call eax の先(vtable)は


jmp         subA::print (0BD19D0h)

vtableを使い間接呼び出しを行っている

ここまでは C++使ってる人には常識だけど

この間接呼び出しは遅い。

jmp命令が入るだけのようだが

コンパイラが静的に関数アドレスを解決出来ないため

コンパイラが最適化出来ないのが痛い。

じゃあどうやれば速くなるか・・・という事ですが

まず仮想関数を静的に呼ぶ方法から。

けっこう知らない人が多いので

色々と表記ができます

まず先ほどの愚直にCallする


cls[n]->print();
00E61712  mov         edx,dword ptr [n]  
00E61715  mov         eax,dword ptr cls[edx*4]  
00E61719  mov         edx,dword ptr [ecx]  
00E6171B  mov         esi,esp  
00E6171D  mov         ecx,eax  
00E6171F  mov         eax,dword ptr [edx]  
00E61721  call        eax

vtable 使ってますね。当然

subA クラスにキャストして呼んでみる


((subA*)cls[0])->print();
00BD16F3  mov         eax,dword ptr [cls]  
00BD16F6  mov         edx,dword ptr [eax]  
00BD16F8  mov         esi,esp  
00BD16FA  mov         ecx,dword ptr [cls]  
00BD16FD  mov         eax,dword ptr [edx]  
00BD16FF  call        eax

vtable 使ってますね。

dynamic_cast使って subAクラスにキャストしてみる


dynamic_cast(cls[0])->print();
0031174D  push        0  
0031174F  push        offset subA `RTTI Type Descriptor' (318018h)  
00311754  push        offset base `RTTI Type Descriptor' (318000h)  
00311759  push        0  
0031175B  mov         eax,dword ptr [cls]  
0031175E  push        eax  
0031175F  call        @ILT+660(___RTDynamicCast) (311299h)  
00311764  add         esp,14h  
00311767  mov         dword ptr [ebp-150h],eax  
0031176D  mov         ecx,dword ptr [ebp-150h]  
00311773  mov         edx,dword ptr [ecx]  
00311775  mov         esi,esp  
00311777  mov         ecx,dword ptr [ebp-150h]  
0031177D  mov         eax,dword ptr [edx]  
0031177F  call        eax

vtableですね

dynamic_cast使って subAクラスにキャストしてみる更にメソッドにスコープつける


dynamic_cast(cls[0])->subA::print();
00301708  push        0  
0030170A  push        offset subA `RTTI Type Descriptor' (308018h)  
0030170F  push        offset base `RTTI Type Descriptor' (308000h)  
00301714  push        0  
00301716  mov         eax,dword ptr [cls]  
00301719  push        eax  
0030171A  call        @ILT+660(___RTDynamicCast) (301299h)  
0030171F  add         esp,14h  
00301722  mov         ecx,eax  
00301724  call        subA::print (30100Ah)

キター

でも遅そうですね

結論はこうです。 subAにキャストしつつ、printにスコープをつける


((subA*)cls[0])->subA::print();
0032170E  mov         ecx,dword ptr [cls]  
00321711  call        subA::print (32100Ah)

これがチョッパヤ

もちろん安全性等考えると dynamic_cast 使うべきです。

おまけ


cls[0]->base::print();
00BD1710  mov         ecx,dword ptr [cls]  
00BD1713  call        base::print (0BD115Eh)  

((subB*)cls[0])->subB::print();
00251718  mov         ecx,dword ptr [cls]  
0025171B  call        subB::print (2511D6h)

スーパークラスにキャスト出来るのはわかるが、スーパーじゃないsubBにもキャストできて

一見正しく動く事もある（もちろん絶対ダメ！）

こういうミス防ぐためには速度犠牲になるけどdynamic_cast 使うべきなんだなぁ・・・

ただ、スーパークラスのメソッド呼べるのは場合によっては使うかもね。

知らない人はこの構文覚えるべし

しかし

((subA*)cls[0])->subA::print();

には問題がある。これはプログラマが subAである事を知っていないと成り立たない

つまりポリモーフちゃんと出来ない。


if( typeid(cls[0]) == typeid(subA) )
{
	((subA*)cls[0])->subA::print();
}
else if( typeid(cls[0]) == typeid(subB) )
{
	((subB*)cls[0])->subB::print();
}else{
	cls[0]->base::print();
}

こんな感じで RTTI情報を見て処理分ければ

速くできる可能性もある。ただし typeid の== 演算子がどうやら文字列比較してて

遅いので注意

結論から言うとポリモーフィズムは普通にvtable使って呼ぶ

プログラム時に型がわかっている時は

((subA*)cls[0])->subA::print();

こんな感じで vtableではなく、静的な関数アドレスを指定する

ゆき社長

シーゲンガーのお勉強　ゲームプログラマ、ゲーマー、色々！

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