C++学习笔记--从虚函数说开去

2022-07-09 18:34:20

虚函数与纯虚函数：

虚函数：在某基类中声明为virtual并在一个或多个派生类中被重新定义的成员函数，virtual 函数返回类型函数名（参数表）{函数体;} ，实现多态性，通过指向派生类的基类指针或引用，访问派生类中同名覆盖成员函数。注意虚函数在基类中是有定义的，即便定义是空。

纯虚函数：在基类中是没有定义的，必须由派生类重定义实现，否则不能由对象进行调用。

看下面的例子：

#include<iostream>
using namespace std;
class Cshape
{
public:
    void SetColor(int color){m_nColor=color;}
    virtual void Display(void){};  
private:
    int m_nColor;
};
 
class Crectangle:public Cshape{ //公有继承
public:
 
};

void main()
{
    Crectangle obRectangle;
    Cshape* pShape=&obRectangle;
    pShape->Display();
}

上面例子中，Display是虚函数，虽然是空定义，并且在派生类中没有重写该函数，但是上面的代码在编译阶段不会出错，而是在链接时出错，而如果将Display声明为纯虚函数，即 virtual void Display( )=0; 则该代码将在编译阶段出错，即编译器需要确保纯虚函数必须在子类中进行重写。注意：如果在基类中定义了纯虚函数，那么基类是不能实例化对象的，它只是提供一个接口，就想老板造房子，我就告诉你干嘛，具体怎么干还得靠自己，但是完全不说，你也当然不知道要干嘛。

虚函数怎么实现多态？

前面讲到虚函数的作用主要是实现多态，那么具体是怎么实现的？为什么需要用基类指针来指向派生类对象？

多态：C++中实现多态有虚函数，抽象类，重载，覆盖，模板等方法，虚函数是最重要的一种。把不同的子类对象当做父类来看，可以屏蔽不同子类对象之间的差异，写出通用的代码，做出通用的编程，以适应需求的不断变化，实际上是通过基类来访问子对象的。那么子对象在程序中是怎么通过基类来找到与该对象对应的方法呢？这就要说到虚函数表。

虚函数表

虚函数是通过虚函数表来实现的，在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中，所以当用父类的指针来操作一个子类的时候，这张虚函数表就像一张地图，指明实际应该调用的函数。

这里引用一下CSDN上的一篇题为“C++虚函数表解析”博客（博主的地址是http://blog.csdn.net/haoel）：

假设我们有这样一个类，

class Base{
public:
    virtual void f(){cout << "Base::f" << endl;}
    virtual void g(){cout << "Base::g" << endl;}
    virtual void h(){cout << "Base::h" << endl;}
};

我们可以通过Base的实例来得到虚函数表：下面是实际例程：

void main()
{
   typedef void(*Fun)(void); //这里是定义一个参数为void，返回值为void的函数指针。
   Base b;
   Fun pFun=NULL;
   cout << "虚函数表地址：" << (int*)(&b) << endl;
   cout << "虚函数表--第一个函数地址：" << (int*)*(int*)(&b) << endl;
   // 调用第一个虚拟函数
   pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&b));
   pFun();
}

程序运行结果如下：(Windows 7 + Visual C++6.0)

由以上程序可以知道，如果要调用Base::g 和Base::h，代码如下：

   pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1);
   pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2);

虚拟函数表的图示如下：

类中的虚函数所占内存为多少？

虚函数要占用4个字节的内存空间，用来指定虚函数的虚拟函数表的入口地址。既然是入口地址，所以一个类的虚函数所占的地址是不变的，和虚拟函数的个数没有关系，如果派生类继承了多个超类的虚拟函数，那个这个派生类的虚拟函数所占用的内存空间等于4*（超类个数），即为每个超类维护一张虚函数表（关于多重继承的虚函数表内存分布，更详细请参考博客http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051#）。另外要注意的是：父类和子类共享一个虚函数指针。这一点可以从下面的代码中看出：

#include<iostream>
using namespace std;
class Base{
public:
    virtual void f(){cout << "Base::f" << endl;}
    virtual void g(){cout << "Base::g" << endl;}
    virtual void h(){cout << "Base::h" << endl;}
};

class Child:public Base{
    virtual void i(){cout << "Child::i" << endl;}
};
void main()
{
    typedef void(*Fun)(void);
    Child child;
    Base* pBase=&child;
    Fun pFun=NULL;
    cout << sizeof(Base) << " " << sizeof(Child) << endl;
    cout << "虚拟函数i()的地址是：" << (int*)*(int*)pBase+3 << endl;
    pFun=(Fun)*((int*)*(int*)pBase+3);
    pFun();
}

代码运行结果如下：

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