虚函数与多态总结

多态性(Polymorphism)是指一个名字,多种语义;或界面相同,多种实现。重载函数是多态性的一种简单形式。虚函数允许函数调用与函数体的联系在运行时才进行,称为动态联编。冠以关键字 virtual 的成员函数称为虚函数实现运行时多态的关键首先是要说明虚函数,另外,必须用。基类指针调用派生类的不同实现版本。

基类指针虽然获取派生类对象地址,却只能访问派生类从基类继承的成员

#include<iostream>

using namespace std ;

class  Base

{ public :       Base(char xx)  { x = xx; }

                      void who()  { cout << "Base class: " << x << "\n" ; }

   protected:    char x;

} ;

class  First_d : public  Base

{ public :       First_d(char xx, char yy):Base(xx)  { y = yy; }

                      void who()  { cout << "First derived class: "<< x << ", " << y << "\n" ; }

   protected:    char y;

} ;

一个虚函数,在派生类层界面相同的重载函数都保持虚特性,虚函数必须是类的成员函数不能将友元说明为虚函数,但虚函数可以是另一个类的友元析构函数可以是虚函数,但构造函数不能是虚函数。

虚函数的重载特性: 在派生类中重载基类的虚函数要求函数名、返回类型、参数个数、参数类型和顺序完全相同。如果仅仅返回类型不同,C++认为是错误重载,如果函数原型不同,仅函数名相同,丢失虚特性

虚析构函数:构造函数不能是虚函数。建立一个派生类对象时,必须从类层次的根开始,沿着继承路径逐个调用基类的构造函数

 析构函数可以是虚的。虚析构函数用于指引 delete 运算符正确析构动态对象 。

说明:

1.派生类应该从它的基类公有派生。?

2.必须首先在基类中定义虚函数。

3.派生类对基类中声明虚函数重新定义时,关键字virtual可以不写。

4.一般通过基类指针访问虚函数时才能体现多态性。

5.一个虚函数无论被继承多少次,保持其虚函数特性。

6.虚函数必须是其所在类的成员函数,而不能是友元函数,也不能是静态函数。

7.构造函数、内联成员函数、静态成员函数不能是虚函数。

(虚函数不能以内联的方式进行处理)

8.析构函数可以是虚函数,通常声明为虚函数。

虚析构函数:#include<iostream>
using namespace std ;
class A
 { public:
        ~A(){ cout << "A::~A() is called.\n" ; }
 } ;
class B : public A
 { public:
        ~B(){ cout << "B::~B() is called.\n" ; }
} ;
int main()
 { A *Ap = new B ;
    B *Bp2 = new B ;
    cout << "delete first object:\n" ;
    delete Ap;
    cout << "delete second object:\n" ;
    delete Bp2 ;
心得:程序运行时,一般先找到类,看它是否有基类,如果有基类,则找到基类中的函数,最后运行的是基类中的函数;这时,如果看到virtual关键字,就会再回到子类中找到同名函数运行;多态的关键:一切指向基类的指针或者引用来操作对象。多态分为:类的多态性(虚函数,又称动态多态)和函数多态性(函数重载或者运算符重载);多态即用父类型的指针指向子类对象,通过父类指针,调用子类的成员函数,父类指针具有多态。




<think>好的,我现在要帮用户理解C++中的虚函数多态,根据提供的引用资料来整理回答。首先,用户明确询问概念和用法,可能需要一个教程式的分步解释。需要确保回答结构清晰,符合用户的要求,同时遵循系统级指令,比如正确使用LaTeX格式和引用标识。 首先,我应该从基本概念入手,解释什么是虚函数多态。根据引用[1]和[2],虚函数是实现多态的关键,允许子类覆盖父类的方法。多态则让同一操作作用于不同对象产生不同行为。然后,我需要说明如何声明和使用虚函数,可能给出代码示例,像引用[3]中的Base和Derived类例子。 接下来,需要讨论虚函数的使用要点,比如override关键字、虚析构函数的重要性,这在引用[4]中提到构造函数和析构函数中调用虚函数的情况,可能需要指出在这些情况下多态不起作用。此外,纯虚函数和抽象类也是重点,引用[2]提到纯虚函数,需要解释抽象类不能实例化,必须由子类实现。 然后是多态的实现原理,引用[3]涉及虚函数表,即vtable,应该解释其机制,每个有虚函数的类都有一个vtable,存放函数指针,对象则有vptr指向这个表。动态绑定的过程就是通过vptr查找正确的函数实现。 还需要注意事项,比如构造函数和析构函数中避免调用虚函数,引用[4]指出这时候不是多态,会调用当前类的函数。另外,性能方面的考虑,虚函数调用有间接开销,可能影响性能。 代码示例部分,可能需要一个简单的例子,比如基类Animal和子类Dog、Cat,展示如何通过虚函数实现多态。同时,要确保代码正确,用```python标记?不,用户提供的引用中有C++代码,应该用C++示例,所以更正为```cpp。 最后,生成相关问题,参考用户给的示例,问题应该围绕虚函数多态的应用场景、原理、注意事项等展开,比如虚函数表的作用,多态继承的关系,纯虚函数的使用场景等。 需要检查是否符合所有系统级指令:行内公式用$...$,独立公式单独成段,正确的中文,引用标识自然添加。比如在解释vtable时,可能需要数学符号,但用户的问题更多是代码和概念,可能LaTeX使用较少,但如果有的话要正确应用。 总结步骤: 1. 定义虚函数多态 2. 语法和基本用法,代码示例 3. 纯虚函数和抽象类 4. 多态的实现原理(虚表) 5. 注意事项 6. 相关问题生成 确保每个引用在适当的地方被引用,比如引用[4]在讨论构造函数时提到,引用[3]在虚表部分,引用[1][2]在基本概念部分。</think>### C++虚函数多态使用教程 #### 一、虚函数多态的基本概念 1. **虚函数** 虚函数是使用关键字`virtual`修饰的成员函数,允许在派生类中重写该函数以实现多态。例如: ```cpp class Base { public: virtual void print() { cout << "Base class" << endl; } }; ``` 2. **多态** 多态允许通过基类指针或引用调用派生类的函数。例如: ```cpp Derived d; Base* ptr = &d; ptr->print(); // 若Derived重写了print(),则调用派生类版本 ``` 多态的核心是**动态绑定**,即函数调用在运行时根据对象类型决定[^1][^2]。 --- #### 二、虚函数的使用步骤 1. **声明虚函数** 在基类中使用`virtual`关键字: ```cpp class Animal { public: virtual void speak() { cout << "Animal sound" << endl; } }; ``` 2. **派生类重写虚函数** 使用`override`关键字(C++11起)明确表示重写: ```cpp class Dog : public Animal { public: void speak() override { cout << "Woof!" << endl; } }; ``` 3. **通过基类指针/引用调用** 实现多态行为: ```cpp Animal* animal = new Dog(); animal->speak(); // 输出 "Woof!" delete animal; ``` --- #### 三、纯虚函数抽象类 1. **纯虚函数** 若基类无法提供函数实现,可声明为纯虚函数: ```cpp class Shape { public: virtual double area() = 0; // 纯虚函数 }; ``` 2. **抽象类** 包含纯虚函数的类称为抽象类,**不能实例化**。派生类必须实现所有纯虚函数: ```cpp class Circle : public Shape { private: double radius; public: double area() override { return 3.14 * radius * radius; } }; ``` --- #### 四、多态的实现原理:虚函数表(vtable) 1. **虚函数表机制** - 每个包含虚函数的类都有一个虚函数表(vtable),存储虚函数地址[^3]。 - 对象内部包含指向vtable的指针(vptr),调用虚函数时通过vptr查找实际函数地址。 $$ \text{vptr} \rightarrow \text{vtable} \rightarrow [\text{Func1地址}, \text{Func2地址}, ...] $$ 2. **动态绑定示例** ```cpp Base* obj = new Derived(); obj->Func1(); // 运行时通过Derived的vtable找到Func1() ``` --- #### 五、注意事项 1. **构造函数和析构函数中避免调用虚函数** 此时虚函数机制未完全生效,调用的是当前类的版本,而非派生类[^4]。 2. **虚析构函数** 若基类指针指向派生类对象,基类析构函数应声明为虚函数,确保正确释放资源: ```cpp class Base { public: virtual ~Base() {} }; ``` 3. **性能开销** 虚函数通过间接调用实现多态,可能略微增加运行时开销。 ---
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