原文:https://blog.csdn.net/jobbofhe/article/details/115199355
虚函数,虚指针和虚表
虚函数:用virtual关键字申明的函数叫做虚函数,虚函数肯定是类的成员函数。虚表指针和虚表:存在虚函数的类都有一个一维的虚函数表叫做虚表。每一个类的对象都有一个指向虚表开始的虚指针。虚表是和类对应的,虚表指针是和对象对应的。
虚函数实现原理
编译器在编译的时候,发现Base类中有虚函数,此时编译器会为每个包含虚函数的类创建一个虚表(即vtable),该表是一个一维数组(而不是一个链表),在这个数组中存放每个虚函数的地址。由于Base类和Derive类都包含了一个虚函数func(),编译器会为这两个类都建立一个虚表。
注意是一个类对应一个虚表,而不是一个类对象对应一个虚表。虚表指针指向的是虚表,而不是虚函数,一个对象对应有一个续表指针
那么如何定位虚表呢?
编译器另外还为每个带有虚函数的类的对象自动创建一个虚表指针(即vptr),这个指针指向了对象所属类的虚表。在程序运行时,根据对象的类型去初始化vptr,从而让vptr正确的指向所属类的虚表。所以在调用虚函数时,就能够找到正确的函数。
对于上述程序,由于实际指向的对象类型是Derive,因此vptr指向的Derive类的vtable,当调用func()时,根据虚表中的函数地址找到的就是Derive类的func()函数。
正是由于每个对象调用的虚函数都是通过虚表指针来索引的,也就决定了虚表指针的正确初始化是非常重要的。换句话说,在虚表指针没有正确初始化之前,我们不能够去调用虚函数。
那么虚表指针在什么时候,或者说在什么地方初始化呢?
答案是在构造函数中进行虚表的创建和虚表指针的初始化。
构造函数的调用顺序,在构造子类对象时,要先调用父类的构造函数,之后再完成子类的构造。在调用父类的构造函数时,编译器只“看到了”父类,并不知道后面是否后还有继承者,它初始化虚表指针,将该虚表指针指向父类的虚表。当执行子类的构造函数时,虚表指针被重新赋值,指向自身的虚表。对于以上的例子,当Derive类的对象构造完毕后,其内部的虚表指针也就被初始化为指向Derive类的虚表。在类型转换后,调用func(),由于实际指向的是Derive类的对象,该对象内部的虚表指针指向的是Derive类的虚表,因此最终调用的是Derive类的func()函数。
要注意:对于虚函数调用来说,每一个对象内部都有一个虚表指针,该虚表指针被初始化为本类的虚表。所以在程序中,不管你的对象类型如何转换,但该对象内部的虚表指针是固定的,所以呢,才能实现动态的对象函数调用,这就是C++多态性实现的原理。
虚函数与纯虚函数
虚函数主要作用是建立抽象模型,方便系统扩展,理解虚函数+继承实现的多态;
纯虚函数是被标明为不具体实现的函数,是一种特殊的函数。
虚函数必须是类的非静态成员,其访问权限可以是public或者protected;
纯虚函数是虚函数的一个子集,用于抽象类,含有纯虚函数的类就是抽象类,他不能生成对象;
很多情况下,基类本身生成对象不合理,比如说,动作作为一个基类,可以派生出猴子、老虎等等具体的一种动物,但是动物类本身生成对象明显不合理。
为了解决上述问题,引入纯虚函数,将函数定义为纯虚函数,编译器要求在派生类中必须予以重载或者重写而实现多态;同时含有纯虚函数的类他不能生成对象;
抽象类
抽象类不能实例化;
抽象类必须通过继承有派生来实现其方法;即对抽象类不能使用 new 关键字,他也不能被封装;
抽象类一定要包含纯虚函数;