C++ | 虚函数 | 问题14

在C++中，虚函数是一种关键的概念，用于实现多态性并允许类继承体系中的动态绑定。在本文中，我们将探讨虚函数的一些高级概念和问题。

什么是虚函数？

虚函数是在基类中被声明为虚的函数。当在派生类中重新定义该函数时，派生类中的版本将被调用，而不是基类中的版本。这是一种实现多态性的方式，因为派生类能够对函数进行不同的实现。

虚函数可以使代码更具扩展性和可维护性，因为它可以帮助我们在不破坏代码结构的情况下对类进行修改。

在C++中，定义虚函数需要使用关键字virtual。

class Base {
public:
    virtual void foo();
};

虚函数表（Virtual Table）

虚函数表是一个指针数组，其中包含类的虚函数。每个对象都有自己的虚函数表，用于确定该对象应该调用哪个虚函数。

虚函数表由编译器创建，其中包含每个虚函数的地址。当一个对象被创建时，编译器会在对象的内存布局中添加一个指向虚函数表的指针。在调用虚函数时，对象的虚函数表指针将被用于查找对应的虚函数。

需要注意的是，虚函数表的实现可能在不同的编译器实现中有所不同，并且可能在不同的操作系统上具有不同的内存布局。

虚析构函数（Virtual Destructor）

虚析构函数是一个虚函数，该函数用于在动态分配的基类指针上正确调用派生类析构函数。如果没有使用虚析构函数，则只能保证基类析构函数被调用。这可能导致内存泄漏和其他不良行为。

在析构函数前面加上关键字virtual可以使其成为虚析构函数。

class Base {
public:
    virtual ~Base();
};

纯虚函数（Pure Virtual Function）

纯虚函数是一种特殊类型的虚函数，没有实现并在基类中被声明为纯虚函数。这意味着派生类必须提供对该函数的定义。

在C++中，定义纯虚函数需要使用以下语法：

class Base {
public:
    virtual void foo() = 0;
};

任何类内部具有一个或多个纯虚函数的类都是抽象类，不能被实例化。抽象类用作接口或基类，它强制执行派生类中的具体实现。

虚函数的缺陷

虚函数存在一些缺陷，可以通过另一种实现多态性的方法来解决。

缺陷之一是虚函数调用比普通函数调用要慢，因为它需要根据虚函数表动态查找函数地址。在某些情况下，使用普通函数可以更快地实现相同的功能。

另一个缺陷是类继承时虚函数的行为不易了解。如果派生类重新定义了虚函数，但忘记了调用基类版本，则程序可能出现不可预测的行为。

总结

本文介绍了C++中虚函数的高级概念和问题。虚函数是一种实现多态性的关键概念，它允许派生类对函数进行不同的实现。虚函数表是一个指针数组，用于确定调用哪个虚函数。虚析构函数可以防止内存泄漏和其他不良行为。纯虚函数用于创建接口或强制实现派生类中的具体实现。虚函数存在一些缺陷，可以使用另一种方法来解决。