C++之虚函数和虚函数表

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了C++之虚函数和虚函数表相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

哈喽大家好。

最近开始学习计算机基础相关的面试内容,比如C++、算法与数据结构、计算机网络、操作系统、设计模式、数据库等。

因此把学习时记的笔记分享给大家,希望对大家有所帮助。

今天分享的是C++中虚函数和虚函数表相关知识,下面是正文。

虚函数

概念

虚函数是在编译时,并不能确定的类函数,而是在运行时确定的。

核心点:通过基类对象访问派生类实现的函数。

例子

虚函数的例子,通常有三步。

  • 第一步,定义基类,声明基类函数为 virtual 的。

  • 第二步,定义派生类(继承基类),派生类实现了定义在基类的 virtual 函数。

  • 第三步,声明基类指针,并指向派生类,调用virtual函数,此时虽然是基类指针,但调用的是派生类实现的基类virtual 函数。

// 例子来源于: 菜鸟教程
class A

  public:
      virtual void foo()
      
          cout<<"A::foo() is called"<<endl;
      
;

class B:public A

  public:
      void foo()
      
          cout<<"B::foo() is called"<<endl;
      
;

int main(void)

    A *a = new B();
    a->foo();   // 在这里,a虽然是指向A的指针,但是被调用的函数(foo)却是B的!
    return 0;

纯虚函数

纯虚函数与虚函数的区别在于,纯虚函数的基类中的virtual函数,只定义了,但不实现。实现交给派生类来做。

PS:带纯虚函数的类也叫抽象类,因为这种基类不能直接生成对象。

优点

  • 防止派生类忘记实现虚函数,纯虚函数使得派生类必须实现基类的虚函数。

  • 在某些场景下,创建基类对象是不合理的,含有纯虚拟函数的类称为抽象类,它不能生成对象。

声明方法

在基类中纯虚函数的方法的后面加 =0:

// 例子来源于: 菜鸟教程
virtual void funtion()=0

经典问题

1、在动态分配堆上内存的时候,析构函数必须是虚函数

原因:动态分配堆上内存,无法自动回收。若基类指针指向派生类,然后基类指针调用delete方法,只能释放基类的内存,无法释放派生类特有的部分内存,进而导致内存泄露。

析构函数定义成虚函数,基类指针调用delete方法,会先调用派生类的析构函数,然后自动调用基类的析构函数。

析构函数必须是定义虚函数,但没有必要是纯虚的。

2、友元不支持虚拟函数

因为友元函数不是成员函数,只有成员函数才可以是虚函数。

另一个方面,虚函数的目的是通过基类对象访问派生类实现的函数,友元函数不是不是成员函数,更无继承关系。

3、虚函数必须要在基类实现,不实现,编译会报错

规定。

纯虚函数必须不能实现。

4、虚函数是C++实现多态的机制

C++多态指的是调用成员函数时,会根据调用函数的对象的类型来执行不同的函数。

而我们在基类定义了虚函数,并在派生类实现了虚函数,通过基类对象指针却可以指向派生类的实现的成员函数。

因此虚函数是C++实现多态的机制。

5、为什么析构函数必须是虚函数?为什么C++默认的析构函数不是虚函数?

将可能被继承的基类的构造函数设置为虚函数,可以防止用基类指针指向子类是,释放基类指针是可以释放掉子类独有的空间,进而防止内存泄漏。

6、静态函数和虚函数的区别

静态函数在编译期就确定了运行,而虚函数在运行期动态绑定,动态绑定的依据是虚函数指针和虚函数表。

因为额为增加虚函数指针和虚函数表,所以会带来额外的内存开销。

7、多态和虚函数

多态分为静态多态和动态多态。

  • 静态多态主要是重载,在编译的时候就已经确定;

  • 态多态是用虚函数机制实现的,在运行期间动态绑定。

虚函数表

虚函数表是由有虚函数的类生成的,简称为 V-Table

虚函数表由编译器生成,如果一个类有虚函数,那么该类就会生成一个4个字节的虚函数表指针,指向虚函数表。指针存储在对象实例的最前面位置。

虚函数表就可以理解为一个数组,每个单元用来存放虚函数的地址(下面有例子)。

单继承下的虚函数表

派生类直接继承基类虚函数

下图展示了一个派生类继承基类虚函数,且没有重写基类的虚函数,对应的虚函数指针、虚函数表、和虚函数表对应指针调用的方法。可以看出:

  • 虚函数表中的指针顺序,按照虚函数声明的顺序。

  • 基类的虚函数指针在派生类的前面。

派生类重写基类虚函数

下图展示了一个派生类重写基类虚函数,且重写基类的部分虚函数,对应的虚函数指针、虚函数表、和虚函数表对应指针调用的方法。可以看出:

  • 虚函数表中,派生类重写的虚函数替换了基类虚函数指针,并指向了派生类的函数实现。

多继承下的虚函数表

多继承下的虚函数表,还是只有一个虚函数表。

多个基类之间的虚函数,按照继承的顺序,存放虚函数指针。

基类内部的虚函数,按照虚函数内部声明的顺序存放。

派生类直接继承基类虚函数

下图展示了多继承下的虚函数表,派生类直接继承基类虚函数,类似与单继承下的虚函数表的情况。

区别在于:

  • 多个基类之间的虚函数,按照继承的顺序,存放虚函数指针。

  • 基类内部的虚函数,按照虚函数内部声明的顺序存放。

派生类重写基类虚函数

下图展示了多继承下的虚函数表,派生类重写部分基类虚函数,类似与单继承下的虚函数表的情况。

区别在于:

  • 多个基类之间的虚函数,按照继承的顺序,存放虚函数指针。

  • 基类内部的虚函数,按照虚函数内部声明的顺序存放。

  • 虚函数表中,派生类重写的虚函数替换了基类虚函数指针,并指向了派生类的函数实现。

以上内容如有错误,欢迎指正,也欢迎大家一起交流。

以上是关于C++之虚函数和虚函数表的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

C++性能榨汁机之虚函数的开销

C++面试题之虚函数(表)实现机制

9-3:C++多态之多态的实现原理之虚函数表,虚函数表指针静态绑定和动态绑定

虚函数实现原理之虚函数表

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