C++中虚函数的做用和虚函数的工做原理

1 C++中虚函数的做用和多态

虚函数： 实现类的多态性

关键字：虚函数；虚函数的做用；多态性；多态公有继承；动态联编

C++中的虚函数的做用主要是实现了多态的机制。基类定义虚函数，子类能够重写该函数；在派生类中对基类定义的虚函数进行重写时，须要在派生类中声明该方法为虚方法。

当子类从新定义了父类的虚函数后，当父类的指针指向子类对象的地址时，[即B b; A a = &b;] 父类指针根据赋给它的不一样子类指针，动态的调用子类的该函数，而不是父类的函数（若是不使用virtual方法，请看后面★*），且这样的函数调用发生在运行阶段，而不是发生在编译阶段，称为动态联编。而函数的重载能够认为是多态，只不过是静态的。注意，非虚函数静态联编，效率要比虚函数高，可是不具有动态联编能力。

★若是使用了virtual关键字，程序将根据引用或指针指向的 对 象 类 型 来选择方法，不然使用引用类型或指针类型来选择方法。

下面的例子解释动态联编性：

 class A{ private: int i; public: A(); A(int num) :i(num) {}; virtual void fun1(); virtual void fun2(); }; class B : public A{ private: int j; public: B(int num) :j(num){}; virtual void fun2();// 重写了基类的方法  }; // 为方便解释思想，省略不少代码  A a(1); B b(2); A *a1_ptr = &a; A *a2_ptr = &b; // 当派生类“重写”了基类的虚方法，调用该方法时 // 程序根据 指针或引用 指向的 “对象的类型”来选择使用哪一个方法 a1_ptr->fun2();// call A::fun2(); a2_ptr->fun2();// call B::fun1(); // 不然 // 程序根据“指针或引用的类型”来选择使用哪一个方法 a1_ptr->fun1();// call A::fun1(); a2_ptr->fun1();// call A::fun1();

2. 虚函数的底层实现机制

实现原理：虚函数表+虚表指针

关键字：虚函数底层实现机制；虚函数表；虚表指针

编译器处理虚函数的方法是：为每一个类对象添加一个隐藏成员，隐藏成员中保存了一个指向函数地址数组的指针，称为虚表指针（vptr），这种数组成为虚函数表（virtual function table, vtbl），即，每一个类使用一个虚函数表，每一个类对象用一个虚表指针。

举个例子：基类对象包含一个虚表指针，指向基类中全部虚函数的地址表。派生类对象也将包含一个虚表指针，指向派生类虚函数表。看下面两种状况：

若是派生类重写了基类的虚方法，该派生类虚函数表将保存重写的虚函数的地址，而不是基类的虚函数地址。

若是基类中的虚方法没有在派生类中重写，那么派生类将继承基类中的虚方法，并且派生类中虚函数表将保存基类中未被重写的虚函数的地址。注意，若是派生类中定义了新的虚方法，则该虚函数的地址也将被添加到派生类虚函数表中。

下面的图片体现了上述的底层实现机制：

 

C++primer第六版第十三章的虚函数的工做原理

编译器处理虚函数的方法是：
给每一个对象添加一个指针，存放了指向虚函数表的地址，虚函数表存储了为类对象进行声明的虚函数地址。好比基类对象包含一个指针，该指针指向基类全部虚函数的地址表，派生类对象将包含一个指向独立地址表的指针，若是派生类提供了虚函数的新定义，该虚函数表将保存新函数的地址，若是派生类没有从新定义虚函数，该虚函数表将保存函数原始版本的地址。若是派生类定义了新的虚函数，则该函数的地址将被添加到虚函数表中，注意虚函数不管多少个都只须要在对象中添加一个虚函数表的地址。

调用虚函数时，程序将查看存储在对象中的虚函数表地址，转向相应的虚函数表，使用类声明中定义的第几个虚函数，程序就使用数组的第几个函数地址，并执行该函数。

使用虚函数后的变化：
（1） 对象将增长一个存储地址的空间（32位系统为4字节，64位为8字节）。
（2） 每一个类编译器都建立一个虚函数地址表
（3） 对每一个函数调用都须要增长在表中查找地址的操做。

虚函数的注意事项

总结前面的内容
（1） 基类方法中声明了方法为虚后，该方法在基类派生类中是虚的。
（2） 若使用指向对象的引用或指针调用虚方法，程序将根据对象类型来调用方法，而不是指针的类型。
（3）若是定义的类被用做基类，则应将那些要在派生类中从新定义的类方法声明为虚。
构造函数不能为虚函数。
基类的析构函数应该为虚函数。
友元函数不能为虚，由于友元函数不是类成员，只有类成员才能是虚函数。
若是派生类没有重定义函数，则会使用基类版本。
从新定义继承的方法若和基类的方法不一样（协变除外），会将基类方法隐藏；若是基类声明方法被重载，则派生类也须要对重载的方法从新定义，不然调用的仍是基类的方法。

 

参考：

http://www.javashuo.com/article/p-yfujlwvp-mt.html

https://blog.csdn.net/HuYingJie_1995/article/details/88085213