C++ 中的虚函数

C++ 中的虚函数是基类中的成员函数，该函数在派生类中被重写。这有助于实现运行时多态性，这意味着要执行的函数是在运行时确定的，而不是在编译时，因为调用的函数取决于实际的对象类型，而不是指针或引用类型。

虚函数声明

在基类中使用 virtual 关键字声明虚函数。

语法

以下是虚函数声明的语法:

class BaseClassName {
public:
    virtual void func_name() {
        // 执行
    }
};

其中，

• BaseClassName 是用户指定的基类名称。
• func_name 是指定的函数名称。

虚函数的工作原理

在 C++ 中，虚函数允许运行时多态性，这意味着被调用的函数取决于实际的对象类型，而不是指针或引用类型，这是通过使用称为 vtable(虚表)和 vptr(虚表指针)的机制来实现的。

虚表 (VTable) 和虚拟指针 (VPTR)

虚拟表是为每个包含虚函数的类创建的函数指针表，它存储该类的虚函数地址。
然而，该类中每个具有虚函数的对象都包含一个隐藏的 vptr，该 vptr 指向其类的虚函数表 (vtable)。

分步操作

1. 当我们在基类中将函数声明为虚函数时，它将启用动态绑定而不是静态绑定。
2. 对于具有虚函数的类，编译器会创建一个 vtable，其中存储指向这些函数的指针。
3. 这里，每个具有虚函数的类的对象都有一个 vptr，它指向该类的 vtable。
4. 然后，基类指针使用 vptr 在运行时从 vtable 中获取正确的函数，确保调用派生类的重写函数。

示例

#include<iostream>
using namespace std;

class shape {
  public: virtual void draw() { // 虚函数
    cout << "Creating a shape!" << endl;
  }
};

class circle: public shape {
  public: void draw() { // 重写虚函数
    cout << "Creating a Circle!" << endl;
  }
};

class square: public shape {
  public: void draw() { // 重写虚函数
    cout << "Creating a Square!" << endl;
  }
};

int main() {
    shape * shapePtr; // 基类指针
    circle c;
    square s;
    
    shapePtr = & c; // 指向 circle 对象
    shapePtr -> draw(); // 调用 circle 的 draw() 方法
    
    shapePtr = & s; // 指向 square 对象
    shapePtr -> draw(); // 调用 square 的 draw() 方法
    
    return 0;
}

输出

Creating a Circle!
Creating a Square!

说明

1. 首先，创建一个名为 shape 的基类，并为其设置虚函数 draw()，从而为该类建立虚表机制。
2. 现在，circle 类继承自 shape 并重写了 draw() 方法，因此当使用 circle 对象时，会调用其 draw() 函数。
3. 与 circle 类似，square 类也会重写 draw() 函数。
4. 现在，在 int main() 函数中，shape* shapePtr; 是一个 shape 类型的指针，它将指向 circle 或 square 对象。
5. shapePtr = &c; 这个基类指针指向 circle 对象 c，并且 shapePtr->draw(); 调用 circle 的 draw() 函数。
6. 类似地，shapePtr = &s;这个基类指针指向正方形对象 s，shapePtr->draw(); 调用正方形的 draw() 函数。

虚函数规则

1. 虚函数必须在基类中使用"virtual"关键字声明。如果省略 virtual 关键字，则无法动态覆盖。
2. 虚函数必须通过基类指针或引用访问。如果直接使用对象访问，则会进行编译时绑定。
3. 对于虚函数，基类还必须具有虚析构函数，以防止内存泄漏。如果析构函数不是虚函数，则只会调用基类的析构函数，从而导致内存泄漏。
4. 具有纯虚函数的类将成为抽象类，并且无法实例化。如果派生类未重写纯虚函数，它也会成为抽象类。
   

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

5. 虚函数可以是public或private，其中public可以通过对象或指针访问，而private不能直接访问，但它仍然可以在派生类中被继承和重写。
6. 构造函数、静态函数和友元函数不能是虚函数。