c++中的虚函数

在C++中，虚函数（Virtual Function）是一种实现多态的重要机制，它允许在派生类中重写基类的函数，从而在运行时根据对象的实际类型调用相应的函数版本。

1. 虚函数的定义

虚函数是在基类中使用关键字virtual声明的函数。例如：

class Base {
public:
    virtual void display() {
        cout << "Base display" << endl;
    }
};

在派生类中，可以重写（Override）虚函数：

class Derived : public Base {
public:
    void display() override { // 使用override关键字（可选，但推荐）
        cout << "Derived display" << endl;
    }
};

2. 虚函数的作用

虚函数的主要作用是实现运行时多态。当通过基类指针或引用调用虚函数时，程序会根据指针或引用所指向的实际对象类型来调用相应的函数版本。例如：

Base* ptr = new Derived();
ptr->display(); // 输出 "Derived display"

如果没有使用虚函数，ptr->display()会调用Base类的display函数，而不会调用Derived类的display函数。但因为display是虚函数，所以会调用Derived类的版本。

3. 虚函数表（V-Table）

C++编译器在内部为每个包含虚函数的类创建一个虚函数表（V-Table）。V-Table是一个数组，存储了类中所有虚函数的地址。每个对象都有一个指针（称为vptr）指向其所属类的V-Table。当通过基类指针或引用调用虚函数时，程序会通过vptr找到对应的V-Table，再从V-Table中找到函数地址并调用。

4. 虚析构函数

如果一个类包含虚函数，那么它的析构函数也应该是虚的。这是因为如果派生类对象通过基类指针删除，需要确保调用派生类的析构函数来释放派生类的资源。例如：

class Base {
public:
    virtual ~Base() {
        cout << "Base destructor" << endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    ~Derived() {
        cout << "Derived destructor" << endl;
    }
};

Base* ptr = new Derived();
delete ptr; // 输出 "Derived destructor" 和 "Base destructor"

如果Base的析构函数不是虚的，delete ptr只会调用Base的析构函数，而不会调用Derived的析构函数，可能导致资源泄漏。

5. 纯虚函数和抽象类

纯虚函数是一种特殊的虚函数，它没有具体的实现，定义时在函数声明后面加上= 0。例如：

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

包含纯虚函数的类称为抽象类，不能直接实例化对象。派生类必须实现纯虚函数，否则也无法实例化对象。例如：

class Derived : public Base {
public:
    void display() override {
        cout << "Derived display" << endl;
    }
};

6. 虚函数的注意事项

• 性能开销：虚函数的调用会引入一些额外的性能开销，因为需要通过V-Table查找函数地址。

• 隐藏与覆盖：如果派生类中定义了一个与基类同名的函数，但参数列表不同，这称为隐藏（Hide），而不是覆盖（Override）。覆盖要求函数名、参数列表和返回类型完全一致。

• 虚函数的继承：派生类继承了基类的虚函数，但可以重写它。如果派生类没有重写虚函数，会继承基类的实现。

虚函数是C++中实现多态的核心机制，通过合理使用虚函数，可以设计出灵活且可扩展的类层次结构。