虚函数通过动态绑定实现多态,允许基类指针调用派生类函数。C++使用vtable和vptr机制,在运行时根据对象类型确定函数地址,支持override且析构函数应声明为虚函数以避免资源泄漏。

虚函数是C++实现多态的核心机制。它允许在基类中声明一个函数为虚函数,使得通过基类指针或引用调用该函数时,能够根据实际指向的对象类型动态决定调用哪个派生类的函数版本。这种机制被称为动态绑定或运行时多态。
虚函数的基本概念
在基类中使用virtual关键字声明的成员函数就是虚函数。一旦某个函数被声明为虚函数,它在所有派生类中也自动成为虚函数(即使没有显式写virtual)。
示例:
class Base {
public:
virtual void show() {
std::cout }
};
class Derived : public Base {
public:
void show() override {
std::cout }
};
当使用基类指针指向派生类对象并调用show()时,会执行派生类的版本:
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Base* ptr = new Derived();
ptr->show(); // 输出:Derived show
虚函数的实现原理:虚函数表(vtable)
C++编译器通常通过虚函数表(Virtual Table,简称vtable)和虚表指针(vptr)来实现虚函数的动态调用。
每个包含虚函数的类都有一个与之关联的虚函数表,它是一个函数指针数组,存储了该类所有虚函数的实际地址。每个对象内部则包含一个指向其类虚函数表的指针(vptr)。
关键点:
虚函数表在编译时生成,每个类一份虚表指针在构造对象时由构造函数初始化,指向对应类的vtable当调用虚函数时,程序通过对象的vptr找到vtable,再查表获取函数地址并调用覆盖(override)虚函数的本质是派生类在自己的vtable中替换掉继承来的函数指针
注意事项与常见问题
虚函数虽然强大,但也有性能开销和使用限制:
虚函数调用比普通函数慢,因为需要查表构造函数不能是虚函数(对象尚未完成构造)析构函数通常应声明为虚函数,防止资源泄漏内联(inline)对虚函数通常无效,因为动态绑定发生在运行时静态成员函数不能是虚函数
基本上就这些。理解虚函数的关键在于掌握“基类指针操作派生类对象”和“运行时决定调用哪个函数”这两个核心思想。配合vtable机制,就能明白C++是如何实现面向对象中多态特性的。不复杂但容易忽略细节。
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