C++ 虚函数

Posted 2021-05-16 moyu墨鱼

首先：强调一个概念

定义一个函数为虚函数，不代表函数为不被实现的函数。

定义他为虚函数是为了允许用基类的指针来调用子类的这个函数。

定义一个函数为纯虚函数，才代表函数没有被实现。

定义纯虚函数是为了实现一个接口，起到一个规范的作用，规范继承这个类的程序员必须实现这个函数。

C++虚函数详解

前言

C++的特性使得我们可以使用函数继承的方法快速实现开发，而为了满足多态与泛型编程这一性质，C++允许用户使用虚函数 (virtual function) 来完成 运行时决议 这一操作，这与一般的 编译时决定 有着本质的区别。

虚函数表实现原理

虚函数的实现是由两个部分组成的，虚函数指针与虚函数表。

虚函数指针

虚函数指针 (virtual function pointer) 从本质上来说就只是一个指向函数的指针，与普通的指针并无区别。它指向用户所定义的虚函数，具体是在子类里的实现，当子类调用虚函数的时候，实际上是通过调用该虚函数指针从而找到接口。

只有拥有虚函数的类才会拥有虚函数指针，每一个虚函数也都会对应一个虚函数指针。所以拥有虚函数的类的所有对象都会因为虚函数产生额外的开销，并且也会在一定程度上降低程序速度。与JAVA不同，C++将是否使用虚函数这一权利交给了开发者，所以开发者应该谨慎的使用。

虚函数表

我们先来规定一个基类

首先对于基类Base它的虚函数表记录的只有自己定义的虚函数

接下来我们来看看子类的情况

覆盖继承

首先是最常见的继承，子类Derived对基类的虚函数进行覆盖继承，在这个例子中仅设计了一个函数继承的情况以此推广情况。

那么此时情况是这样的：

首先基函数的表项仍然保留，而得到正确继承的虚函数其指针将会被覆盖，而子类自己的虚函数将跟在表后。

而当多重继承的时候，表项将会增多，顺序会体现为继承的顺序，并且子函数自己的虚函数将跟在第一个表项后。

C++中一个类是公用一张虚函数表的，基类有基类的虚函数表，子类是子类的虚函数表，这极大的节省了内存

同名覆盖原则与const修饰符

如果继续深入下去的话我们将会碰见一个有趣的状况

在上述程序中我们将Base类中的虚函数base定义为const类型，我们知道const后缀的目的是为了限定该函数不对类内成员做出修改。然后我们分别声明base与derived并且通过show函数调用它们的func函数，子类传参给父类也是非常正常的一个操作，但是结果可能却令人不解：

这里有一个很大的问题，因为当我们将derived传过去的时候并没有调用derived的虚函数！也就是说虚函数不再是多态的了。

但是的话我们只需要简单的修改任意一项：将line4结尾的const限定符去掉或者将Derived的func1后加上const便可以使一切正常。这是为什么呢？

很多其他的博客将其解释为是const符号作用的原因，但实际上这样的解释并不正确。正确的原因是:

虚函数的声明与定义要求非常严格，只有在子函数中的虚函数与父函数一模一样的时候（包括限定符）才会被认为是真正的虚函数，不然的话就只能是重载。这被称为虚函数定义的同名覆盖原则，意思是只有名称完全一样时才能完成虚函数的定义。

因此在上述的例子中，将Derived类型的子类传入show函数时，实际上类型转化为了Base，由于此时虚函数并未完成定义，Derived的func()此时仅仅是属于Derived自己的虚函数，所以在show中b并不能调用，而调用的是Base内的func。而当没有发生类型转换的时候，Base类型与Derived类型就会各自调用自己的func函数。