C++ | 虚函数 | 问题14

在C++中，虚函数是一种非常重要的概念。它是用于实现多态的一种机制，让派生类的函数能够重载基类的函数。在这篇文章中，我们将讨论虚函数的一些常见问题，包括如何定义和使用虚函数，虚函数的性能问题等。

定义和使用虚函数

在C++中，虚函数是通过在函数声明前加上关键字virtual来定义的。例如：

class A {
public:
    virtual void foo() {
        std::cout << "A::foo()" << std::endl;
    }
};

class B : public A {
public:
    void foo() override {
        std::cout << "B::foo()" << std::endl;
    }
};

int main() {
    A* a = new B();
    a->foo();
    delete a;
    return 0;
}

在上面的例子中，我们定义了一个基类A和一个派生类B。A中的foo方法被声明为虚函数，B继承这个方法并重载它。在main函数中，我们将B的实例赋值给A指针a，并调用虚函数foo。根据多态的规则，调用的应该是B的foo方法。运行程序我们可以看到输出了"B::foo()"。

为什么需要虚函数

虚函数的主要用途是实现多态。多态通过让不同的对象对同一消息做出不同的响应来实现。例如，我们可以让不同种类的动物都响应"move()"消息，但是它们的具体行为是不同的。虚函数让我们能够编写一组通用的代码，而不必关心实际对象的类型。

另外，虚函数还可以实现运行时类型识别（RTTI），这使得程序可以在运行时判断对象的类型。例如：

void doSomething(A* a) {
    if (dynamic_cast<B*>(a)) {
        std::cout << "This is a B object." << std::endl;
    }
    else {
        std::cout << "This is not a B object." << std::endl;
    }
}

虚函数的性能问题

虚函数的使用是有一定代价的。因为虚函数必须在运行时进行动态调度，所以会比非虚函数慢一些。例如：

class A {
public:
    void foo() {
        std::cout << "A::foo()" << std::endl;
    }
};

class B : public A {
public:
    void foo() {
        std::cout << "B::foo()" << std::endl;
    }
};

int main() {
    A* a = new B();
    a->foo();
    delete a;
    return 0;
}

在这个例子中，我们定义了两个类A和B，它们的方法都是非虚函数。在main函数中，我们将B的实例赋值给A指针a，并调用foo方法。运行程序我们可以看到输出了"B::foo()"。与前面的例子相比，我们得到了同样的输出结果，但是由于没有使用虚函数，这个程序的性能更好一些。

对于大多数应用程序而言，虚函数带来的性能损失很小，而多态和RTTI带来的好处是非常宝贵的。

总结

虚函数是C++中实现多态的一种机制。虚函数的定义和使用非常简单，通过使用virtual关键字来声明一个函数即可。虚函数的使用可以实现多态以及运行时类型识别，但是也会带来一定的性能损失。在实际的应用中，我们需要根据具体情况来考虑是否需要使用虚函数。