虚函数virtual与多态

多态特性详见 C++面向对象的三大特性。
动态多态通过虚函数实现。

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虚函数virtual

虚函数的用途：

如果希望派生类可以重新定义基类的方法，则可以使用关键字virtual将它声明为虚的。这样对于通过基类指针或引用访问的对象，能够根据对象的类型来调用，而不是根据指针或引用的类型来处理。
示例：
假设要创建一个数组来保存基类对象和派生类对象，但数组中所有元素的类型必须是相同的。可以创建指向基类的指针数组，这样，每个元素的类型都相同，但由于使用的是公有继承类型，所以指针既可以指向基类对象，也可以指向派生类对象。

virtual与引用、指针的多态特性

如果方法是通过引用或指针调用的：

1. 没有使用关键字virtual：程序将根据引用类型或指针类型选择方法；
2. 使用了virtual：程序将根据引用或指针指向的对象类型选择方法。

虚函数表

虚函数表是一个数组，表中存储了为类对象进行声明的虚函数的地址。
编译器处理虚函数的方法是，为每个对象（如下一段叙述）添加一个隐藏的指针成员，指向虚函数表。
例如，基类对象包含一个指针，指向基类中所有虚函数的地址表；派生类对象也包含一个指向独立地址表的指针。如果派生类提供了虚函数的新定义，该虚函数表将保存新函数的地址，若没有则保存函数原始版本的地址。
调用虚函数时，程序将查看虚函数表中的函数地址，通过地址转向执行相应的函数。

• 虚函数在内存和执行速度方面的代价：

1. 因为要存储地址的空间，所以每个对象都将增大；

2. 对于每个类，编译器都创建一个虚函数地址表（数组）；

3. 对于每个函数调用，都需要执行一项额外操作——到表中查找地址。

   虽然非虚函数效率比虚函数高，但不具备动态联编功能。¹

虚函数与构造、析构、友元

1. 构造函数不能是虚函数：
   编译器在构造对象时，必须知道确切类型才能正确地生成对象；构造函数执行之前，对象并不存在。
   调用派生类的构造函数创建派生类对象时，派生类对象通过初始化成员列表的方式使用基类构造函数，这种方式不同于继承机制。因此，派生类不继承基类的构造函数，将构造函数声明为虚没有任何意义。
2. 基类的析构函数应当是虚函数：
   为基类声明一个虚析构函数是一种惯例，这样做是为了确保释放派生对象时，按正确的顺序调用析构函数。
   当通过指向对象的基类指针或引用来删除派生对象时，如果析构函数不是虚的，则将只调用对应指针类型的析构函数；如果析构函数时虚的，将调用相应对象类型的析构函数。
3. 友元不能是虚函数：
   友元不是类成员，只有成员才能是虚函数。

虚函数的重新定义和重载的区别

对于如下代码：

class Dewlling
{
public:
	virtual void showperks(int a) const;	//接受一个int参数
...
};
class Hovel : public Dewlling
{
public:
	virtual void showperks() const;	//不接受任何参数
...
};

重新定义不会生成函数的两个重载版本，而是隐藏了基类方法中接受一个int参数的版本。
从中可以看出，如果在派生类中重新定义基类函数，将隐藏所有同名基类方法。

1. 如果重新定义继承的方法，应确保与原来的原型完全相同，但如果返回类型是基类引用或指针，则可以修改为指向派生类的引用或指针。这种特性被称为返回类型协变。（这种例外只适用于返回值，不适用于参数）
2. 如果基类声明被重载了，则应在派生类中重新定义所有的基类版本。如果只重新定义一个版本，其他版本将被隐藏，派生类对象将无法使用它们。

总结——一道面试题：那些函数不能定义为虚函数？

经检验下面的几个函数都不能定义为虚函数：
1）友元函数，它不是类的成员函数
2）全局函数
3）静态成员函数，它没有this指针
3）构造函数，拷贝构造函数，以及赋值运算符重载（可以但是一般不建议作为虚函数）

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1. 详见 动态联编和静态联编 ↩︎