虚函数实现运行时多态,通过virtual关键字声明,派生类重写后可通过基类指针调用实际类型的函数;底层由vtable和vptr机制支持,实现动态绑定;纯虚函数定义为virtual func()=0,含纯虚函数的类为抽象类,不能实例化;基类析构函数需声明为虚函数,防止派生类对象析构时资源泄漏。

在C++中,虚函数(virtual function)是实现运行时多态的关键机制。它允许派生类重写基类的函数,并通过基类指针或引用调用实际对象类型的对应函数,而不是静态绑定到基类版本。
虚函数的基本语法与使用
在基类中声明函数时加上 virtual 关键字,该函数就成为虚函数:
class Base {public: virtual void show() { std::cout << "Base class show()n"; }};class Derived : public Base {public:void show() override { // 重写虚函数std::cout << "Derived class show()n";}};
当使用基类指针指向派生类对象并调用 show() 时,会自动调用派生类的版本:
Base* ptr = new Derived();ptr->show(); // 输出:Derived class show()
如果没有 virtual,则调用的是 Base 的 show(),即发生静态绑定;有了 virtual,则是动态绑定,根据对象实际类型决定调用哪个函数。
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虚函数的底层机制:虚函数表(vtable)
C++通过虚函数表(vtable)和虚指针(vptr)实现多态。
每个含有虚函数的类都有一个虚函数表,存储该类所有虚函数的地址。每个对象内部包含一个隐式的虚指针(vptr),指向所属类的虚函数表。调用虚函数时,程序通过 vptr 找到 vtable,再查表获取函数地址,完成动态调用。
这个过程发生在运行时,因此支持多态行为。虽然有轻微性能开销(一次间接寻址),但这是实现灵活接口设计的基础。
纯虚函数与抽象类
虚函数可以进一步定义为纯虚函数,语法如下:
virtual void func() = 0;
包含纯虚函数的类称为抽象类,不能实例化。派生类必须实现所有纯虚函数,否则仍是抽象类。
这常用于定义接口或规范,例如:
class Shape {public: virtual double area() const = 0; // 纯虚函数};class Circle : public Shape {double r;public:Circle(double radius) : r(radius) {}double area() const override {return 3.14159 r r;}};
这样可以统一处理不同图形,通过基类指针调用 area(),自动执行对应实现。
虚析构函数的重要性
当通过基类指针删除派生类对象时,如果基类析构函数不是虚函数,只会调用基类析构函数,造成资源泄漏。
因此,只要类可能被继承且会被多态使用,析构函数应声明为虚函数:
class Base {public: virtual ~Base() { std::cout << "Base destroyedn"; }};
这样 delete 派生类对象时,会正确触发派生类和基类的析构函数,确保完整清理。
基本上就这些。虚函数是C++面向对象编程的核心特性之一,理解其机制有助于写出更安全、可扩展的代码。
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