虚函数：多态性的实现者

在面向对象编程（OOP）的世界中，虚函数是实现多态性的关键工具。它们允许我们通过基类接口来处理不同类型的对象，使得我们可以编写出更加通用和灵活的代码。今天，我们将深入探讨C++中的虚函数，了解它们的工作原理以及如何使用它们来增强程序的设计。

基本概念

在C++中，虚函数是在基类中声明的，并在派生类中重写的成员函数。虚函数的声明以关键字virtual开始。当我们通过基类的指针或引用调用虚函数时，将执行适当派生类版本的函数。这就是所谓的动态多态性或运行时多态性。

class BaseClass {
public:
    virtual void func() {
        // 基类的实现
    }
};

class DerivedClass : public BaseClass {
public:
    void func() override {
        // 派生类的实现
    }
};

在这个例子中，DerivedClass继承了BaseClass，并重写了其虚函数func。通过这种方式，我们可以实现接口与实现的分离。

虚函数表（vtable）

C++通过虚函数表（vtable）来实现动态多态性。每个包含虚函数的类都有一个相应的虚函数表，这个表是一个存储函数指针的数组。当创建一个对象时，编译器会自动为该对象生成一个虚函数表指针（vptr），指向相应类的虚函数表。当调用虚函数时，编译器会通过这个指针找到正确的函数地址并执行。

纯虚函数与抽象类

除了普通的虚函数，C++还支持纯虚函数。纯虚函数是在基类中声明的虚函数，但没有提供任何实现。含有纯虚函数的类被称为抽象类，不能被实例化。纯虚函数和抽象类提供了一种强制派生类重写特定函数的方法。

class AbstractClass {
public:
    virtual void pureVirtualFunc() = 0; // 纯虚函数
};

class ConcreteClass : public AbstractClass {
public:
    void pureVirtualFunc() override {
        // 派生类的实现
    }
};

在这个例子中，AbstractClass是一个抽象类，它有一个纯虚函数pureVirtualFunc。ConcreteClass继承了AbstractClass，并重写了纯虚函数，因此它可以被实例化。

使用场景

虚函数在许多场景下都非常有用，例如：

1. 当需要处理一系列相关的对象时，这些对象具有相同的接口，但每个对象的实现可能不同。
2. 当需要在运行时动态地添加新的对象类型时，这些新类型可以无缝地融入到现有的系统中。
3. 当需要编写通用的代码来处理不同类型的对象时，这些对象的共同点是它们都继承自同一个基类，并且重写了基类的虚函数。