C++中的虚函数与纯虚函数

文章目录

1 C++中的虚函数
- 1.1 虚函数
- 1.2 单个类的虚函数表
- 1.3 使用继承的虚函数表
- 1.4 多重继承的虚函数表
2 C++中的纯虚函数

1 C++中的虚函数

1.1 虚函数

虚函数的定义：

在函数的返回类型之前使用virtual。
只在成员函数的声明中添加virtual, 在成员函数的实现中不要加virtual。

虚函数的继承：

如果某个成员函数被声明为虚函数，那么它的子类【派生类】，以及子类的子类中，所继承的这个成员函数，也自动是虚函数。
如果在子类中重写这个虚函数，可以不用再写virtual, 但是仍建议写virtual, 更可读！

C++中通过虚函数实现多态。

1.2 单个类的虚函数表

代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;class Father {public:virtual void func1() { cout << "Father::func1" << endl; }virtual void func2() { cout << "Father::func2" << endl; }virtual void func3() { cout << "Father::func3" << endl; }void func4() { cout << "非虚函数：Father::func4" << endl; }
public:  //为了便于测试，特别该用publicint x = 100;int y = 200;static int z;
};typedef void (*func_t)(void);
int Father::z = 1;
int main(void) {Father father;// 含有虚函数的对象的内存中，最先存储的就是“虚函数表”cout << "对象地址：" << (int*)&father << endl;int* vptr = (int*)*(int*)&father;cout << "虚函数表指针vptr：" << vptr << endl;cout << "调用第1个虚函数: ";((func_t) * (vptr + 0))();cout << "调用第2个虚函数：";((func_t) * (vptr + 1))();cout << "调用第3个虚函数: ";((func_t) * (vptr + 2))();cout << "第1个数据成员的地址: " << endl;cout <<  &father.x << endl;cout << std::hex << (int)&father + 4 << endl;cout << "第1个数据成员的值：" << endl;cout << std::dec <<  father.x << endl;cout << *(int*)((int)&father + 4) << endl;cout << "第2个数据成员的地址: " << endl;cout << &father.y << endl;cout << std::hex << (int)&father + 8 << endl;cout << "第2个数据成员的值：" << endl;cout << std::dec << father.y << endl;cout << *(int*)((int)&father + 8) << endl;cout << "sizeof(father)==" << sizeof(father) << endl;Father father2;cout << "father的虚函数表：";cout << *(int*)(*(int*)&father) << endl;cout << "father2的虚函数表：";cout << *(int*)(*(int*)&father2) << endl;system("pause");return 0;
}

执行效果：

VS的对象内存分布分析：
项目的命令行配置中添加： /d1 reportSingleClassLayoutFather

手绘内存分布：

结果分析：

对象内，首先存储的是“虚函数表指针”，又称“虚表指针”。然后再存储非静态数据成员。
对象的非虚函数，保存在类的代码中！
对象的内存，只存储虚函数表和数据成员（类的静态数据成员，保存在数据区中，和对象是分开存储的）。
添加虚函数后，对象的内存空间不变！仅虚函数表中添加条目。多个对象，共享同一个虚函数表！

1.3 使用继承的虚函数表

首先看如下示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;class Father {public:virtual void func1() { cout << "Father::func1" << endl; }virtual void func2() { cout << "Father::func2" << endl; }virtual void func3() { cout << "Father::func3" << endl; }void func4() { cout << "非虚函数：Father::func4" << endl; }
public:  //为了便于测试，特别该用publicint x = 100;int y = 200;
};class Son : public Father {public:void func1() { cout << "Son::func1" << endl; }virtual void func5() { cout << "Son::func5" << endl; }
};typedef void (*func_t)(void);int main(void) {Father father;Son  son;// 含有虚函数的对象的内存中，最先存储的就是“虚函数表”cout << "son对象地址：" << (int*)&son << endl;int* vptr = (int*)*(int*)&son;cout << "虚函数表指针vptr：" << vptr << endl;for (int i = 0; i < 4; i++) {cout << "调用第" << i + 1 << "个虚函数：";((func_t) * (vptr + i))();}for (int i = 0; i < 2; i++) {// +4 是因为先存储了虚表指针cout << *(int*)((int)&son + 4 + i * 4) << endl;}system("pause");return 0;
}

执行效果：

内存分布：

子类虚函数表的构建过程：

1.4 多重继承的虚函数表

代码如下：

#include <iostream>using namespace std;class Father {public:virtual void func1() { cout << "Father::func1" << endl; }virtual void func2() { cout << "Father::func2" << endl; }virtual void func3() { cout << "Father::func3" << endl; }void func4() { cout << "非虚函数：Father::func4" << endl; }
public:int x = 200;int y = 300;static int z;
};class Mother {public:virtual void handle1() { cout << "Mother::handle1" << endl; }virtual void handle2() { cout << "Mother::handle2" << endl; }virtual void handle3() { cout << "Mother::handle3" << endl; }
public: //为了便于测试，使用public权限int m = 400;int n = 500;
};class Son : public Father, public Mother {public:void func1() { cout << "Son::func1" << endl; }virtual void handle1() { cout << "Son::handle1" << endl; }virtual void func5() { cout << "Son::func5" << endl; }
};int Father::z = 0;typedef void(*func_t)(void);int main(void) {Son son;int* vptr = (int*) * (int*)&son;cout << "第一个虚函数表指针：" << vptr << endl;for (int i = 0; i < 4; i++) {cout << "调用第" << i + 1 << "个虚函数:";((func_t) * (vptr + i))();}for (int i = 0; i < 2; i++) {cout << *(int*)((int)&son + 4 + i * 4) << endl;}int* vptr2 = (int*) * ((int*)&son + 3);for (int i = 0; i < 3; i++) {cout << "调用第" << i + 1 << "个虚函数:";((func_t) * (vptr2 + i))();}for (int i = 0; i < 2; i++) {cout << *(int*)((int)&son + 16 + i * 4) << endl;}system("pause");return 0;
}

执行结果：

VS分析：

内存分布：

2 C++中的纯虚函数

纯虚函数是指只定义原型的成员函数。一个C++类中存在纯虚函数就成为了抽象类。

纯虚函数的语法规则：

能够将父类的析构函数声明为纯虚函数？
可以的，当我们将符类的析构函数声明为纯虚时，仍然需要给出父类析构函数的实现，否则链接报错。此时父类仍然是抽象类，由于有了虚函数，就可以实现多态，使用父类指针释放空间时可以正确的调用析构函数。

参考资料：

C/C++从入门到精通-高级程序员之路【奇牛学院】

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