详解C++中的抽象类与虚函数表的实现

抽象是面向对象编程中很重要的知识点，它能够大大减少重复代码，并且可以规范派生类的行为，本节主要解决以下问题：

1. 虚函数的作用是什么？如何实现动态多态？相关知识点：虚函数表（vtable）、virtual关键字、运行时类型识别（RTTI）、纯虚函数与抽象类。
2. 为什么析构函数需要声明为虚函数？相关知识点：构造函数初始化列表、Rule of Three/Five/Zero。
3. 虚函数表的实现原理？虚继承的作用？相关知识点：多重继承中的虚表布局、菱形继承问题。
   在c++中实现虚函数需要用到virtual关键字，使用了这个关键字的成员函数，在派生类中都可以重写，实现与基类不同的功能，如果在成员函数尾部加上了= 0，这表示这个函数是纯虚函数，它必须由派生类重写，需要注意如果基类有纯虚函数，它是无法被实例化的，如果只是有虚函数则是可以实例化的
   下面是我们一个纯虚基类的实现

class Abstract{
public:
    Abstract(){ }
    virtual ~Abstract(){ }
    virtual std::string myName() = 0;
    virtual void test(){std::cout << "Abstract::test()" << std::endl;}
};

这里我们将析构函数也设置成了虚函数，这是为了在多态场景中，通过基类指针缩放派生类时，确保可以调用到派生类的析构函数，从而避免内存泄漏和资源未释放的问题。具体情况我们看下面的测试

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

int main(){
    Base* obj = new Derived();
    delete obj;
    return 0;
}

# 输出 使用非注释的代码
Base destructor
# 输出 使用注释的代码
Derived destructor
Base destructor

目前基类使用非虚的析构函数，我们运行后会发现只输出了Base destructor，这肯定是不行的我们的派生类没有运行析构，会导致严重的内存泄露
下面我们来使用一下Abstract这个基类

class Abstract1: public Abstract{
public:
    Abstract1(){ }
    ~Abstract1(){ }
    std::string myName() override{
        return "Abstract1";
    }
};
class Abstract2: public Abstract{
public:
    Abstract2(){ }
    ~Abstract2(){ }
    std::string myName() override{
        return "Abstract2";
    }
    void test() override{
        std::cout << "Abstract2::test()" << std::endl;
    }
};

int main(){
    Abstract *a1 = new Abstract1;
    Abstract *a2 = new Abstract2;
    std::cout << a1->myName() << std::endl;
    a1->test();
    std::cout << a2->myName() << std::endl;
    a2->test();
    return 0;
}

# 输出
Abstract1
Abstract::test()
Abstract2
Abstract2::test()

我们创建了两个派生类，通过输出可以看到a1和a2都输出了自己的名字，而a1调用test输出的是基类test的函数，实现这种现象是因为c++中的虚函数表，虚函数表是一个存储虚函数指针的数组，每个类（含虚函数的类）会生成一个虚函数表，每个对象在内存中会通过一个隐式的 虚函数表指针（vptr） 指向它所属类的虚函数表。
当派生类重写了虚函数后，会将vptr中的指针更改为修改后的函数指针，从而实现通过基类指针调用派生类函数的功能