虛函數(shù)的定義

虛函數(shù)：就是在基類的成員函數(shù)前加關(guān)鍵字virtual(即被virtual關(guān)鍵字修飾的成員函數(shù))，并在一個(gè)或多個(gè)派生類中被重新定義的成員函數(shù)；虛函數(shù)：就是在編譯的時(shí)候不確定要調(diào)用哪個(gè)函數(shù)，而是動(dòng)態(tài)決定將要調(diào)用哪個(gè)函數(shù)。它的作用就是為了能讓這個(gè)函數(shù)在它的子類里面可以被重載，這樣的話，編譯器就可以使用后期綁定來(lái)達(dá)到多態(tài)了，也就是用基類的指針來(lái)調(diào)用子類的這個(gè)函數(shù)；虛函數(shù)的作用：在于用專業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)解釋就是實(shí)現(xiàn)多態(tài)性，多態(tài)性是將接口與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分離，通過(guò)指向派生類的基類指針或引用，訪問(wèn)派生類中同名覆蓋成員函數(shù)；用形象的語(yǔ)言來(lái)解釋就是實(shí)現(xiàn)以共同的方法，但因個(gè)體差異，而采用不同的策略；虛函數(shù)用法格式為：virtual 函數(shù)返回類型 函數(shù)名（參數(shù)表） {函數(shù)體}；

虛函數(shù)在 c++ 的繼承體系中是一個(gè)非常重要概念，讓我們可以在子類中復(fù)寫父類的方法。學(xué)到這里我還不知道在 c++ 中是否有抽象類的概念，那么學(xué)習(xí)過(guò)虛函數(shù)我們就知道通過(guò)（純）虛函數(shù)可以實(shí)現(xiàn) java 中的抽象類，

要實(shí)現(xiàn)虛函數(shù)需要兩個(gè)步驟進(jìn)行修改

• 在父類中，在函數(shù)GetName()前面加上virtual
• 在子類中，在函數(shù)GetName()后面加上override

再次運(yùn)行編譯運(yùn)行程序就得到我們想要結(jié)果了

Shap rectangle

下面開(kāi)始正文

virtual 函數(shù)

示例代碼如下：

#include <stdio.h>
class base {
public:
 virtual void name(){printf("base\n");};
 virtual ~base(){};
};
class plus: public base {
public:
 virtual void name(){printf("plus\n");};
};
void fv(base b){
 b.name();
}
void fp(base &b){
 b.name();
}
int main(){
 base b;
 plus p;
 fv(b);
 fv(p);
 fp(b);
 fp(p);
 return 0;
}

程序輸出：

base base base plus

這里涉及到一個(gè)c++知識(shí)點(diǎn)-- 向上強(qiáng)制轉(zhuǎn)換 ：將派生類引用或指針轉(zhuǎn)換為基類引用或指針。該規(guī)則使得公有繼承不需要進(jìn)行顯示類型轉(zhuǎn)化，它是is-a 規(guī)則的一部分。

相反的過(guò)程被稱為-- 向下強(qiáng)制轉(zhuǎn)換 ，向下強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換必須是顯示的。因?yàn)榕缮惪赡軐?duì)基類進(jìn)行拓展，新增的成員變量和函數(shù)不能應(yīng)用于基類。

隱式向上強(qiáng)制轉(zhuǎn)換使得基類指針或引用可以指向基類對(duì)象或派生類對(duì)象，因此需要 動(dòng)態(tài)聯(lián)編 。C++ 使用虛成員函數(shù)函數(shù)滿足這種需求。

動(dòng)態(tài)聯(lián)編

編譯器在編譯時(shí)要將調(diào)用的函數(shù)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的可執(zhí)行代碼，此過(guò)程為 函數(shù)聯(lián)編（binding） ，在C++因?yàn)楹瘮?shù)重載的原因，需要查看調(diào)用函數(shù)名和傳入?yún)?shù)才能確認(rèn)是哪一個(gè)函數(shù)。在編譯的時(shí)候可以確認(rèn)使用哪一個(gè)函數(shù)的聯(lián)編被稱為 靜態(tài)聯(lián)編 或 早期聯(lián)編 。

同時(shí)因?yàn)関irtual函數(shù)的存在，編譯工作變得更加復(fù)雜，如示例函數(shù)所示，具體使用的哪個(gè)類型對(duì)象不能確認(rèn)。為此編譯器必須生成一些代碼，使得在程序運(yùn)行的時(shí)候選擇正確的虛函數(shù)，這被稱為 動(dòng)態(tài)聯(lián)編 ，又被稱為 晚期聯(lián)編 。

為了驗(yàn)證上面所述我們可以做一組對(duì)照，首先我們用 gnu 工具 nm 來(lái)查看 sysbols,可以發(fā)現(xiàn)如下的部分:

$ nm virtual.exe | grep -c -E "plus|base"

然后我們改造一下上面的代碼：

class base {
public:
 void name(){printf("base\n");}; // 修改
 virtual ~base(){};
};
class plus: public base {
public:
 void name(){printf("plus\n");}; // 修改
};

編譯后重新執(zhí)行 nm 命令：

nm virtual_.exe | grep -c -E "plus|base" 45

經(jīng)過(guò)比對(duì)后我們會(huì)發(fā)現(xiàn)修改后缺少了以下symbols：

000000000040509c p .pdata$_ZN4plus4nameEv 0000000000402e00 t .text$_ZN4plus4nameEv 00000000004060a0 r .xdata$_ZN4plus4nameEv 0000000000402e00 T _ZN4plus4nameEv

動(dòng)態(tài)聯(lián)編在效率上要低于靜態(tài)聯(lián)編，在C++ 中默認(rèn)使用靜態(tài)聯(lián)編。C++ 之父strousstup 認(rèn)為 C++ 指導(dǎo)原則之一是不要為不使用的特性付出代價(jià)（cpu、memory等）。

所以在派生類不需要去重寫基類函數(shù)時(shí)，則不要將其聲明為virtual函數(shù)。

virtual 函數(shù)工作原理

虛函數(shù)表示每一個(gè)使用C++的開(kāi)發(fā)者耳熟能詳?shù)臇|西，有一個(gè)道經(jīng)典的試題如下：

#include <stdio.h>
class base
{
public:
 base(){};
 virtual ~base() { printf("base\n"); };
};
class plus : public base
{
public:
 plus(/* args */){};
 virtual ~plus() { printf("plus\n"); };
};
class plus2 : public base
{
public:
 plus2(/* args */){};
 ~plus2() { printf("plus2\n"); };
};
class plus3 : public base
{
public:
 virtual void name() { printf("plus3"); };
 plus3(/* args */){};
 virtual ~plus3() { printf("plus3\n"); };
};
class empty
{
private:
 /* data */
public:
 empty(/* args */){};
 ~empty() { printf("empty\n"); };
};
int main()
{
 base b;
 printf("base: %d\n", sizeof(b));
 plus p;
 printf("plus: %d\n", sizeof(p));
 plus2 p2;
 printf("plus2: %d\n", sizeof(p2));
 plus3 p3;
 printf("plus3: %d\n", sizeof(p3));
 empty e;
 printf("empty: %d\n", sizeof(e));
}

其最終輸出的結(jié)果如下：

base: 8 plus: 8 plus2: 8 plus3: 8 empty: 1 empty plus3 base plus2 base plus base base

ps： 由于操作系統(tǒng)位數(shù)的影響結(jié)果可能有變動(dòng)，在x64位系統(tǒng)中指針內(nèi)存分配大小為 8 字節(jié)，x86 系統(tǒng)中指針內(nèi)存分配大小為 4。

我們可以清楚的看到，只要存在虛函數(shù)不論是成員函數(shù)異或是析構(gòu)函數(shù)，是在類中定義或繼承都會(huì)有包含一個(gè)虛函數(shù)表。而這里的8字節(jié)就是分配給了虛函數(shù)表的指針。

我們可以通過(guò)gnu tool gdb 指令進(jìn)行驗(yàn)證,在觸發(fā)斷點(diǎn)之后通過(guò) info local 命令去查看：

(gdb) info locals
b = {_vptr.base = 0x555555755d20 <vtable for base+16>}
p = {<base> = {_vptr.base = 0x555555755d00 <vtable for plus+16>}, <No data fields>}
p2 = {<base> = {_vptr.base = 0x555555755ce0 <vtable for plus2+16>}, <No data fields>}
p3 = {<base> = {_vptr.base = 0x555555755cb8 <vtable for plus3+16>}, <No data fields>}
e = {<No data fields>}

我們可以看到每一個(gè)對(duì)象內(nèi)都有一個(gè)指針指向vtable。

當(dāng)一個(gè)基類聲明一個(gè)虛函數(shù)后，在創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候會(huì)將該函數(shù)地址加入虛函數(shù)列表中，如果派生類重寫了該函數(shù)，則會(huì)用新函數(shù)地址替換，如果其定義了新函數(shù)，則會(huì)將新函數(shù)的指針加入虛表中。

示例代碼如下：

#include <stdio.h>
class base
{
public:
 base(){};
 virtual const char* feature(){return "test";};
 virtual void name() {printf("base\n");}
 virtual ~base() { printf("~base\n"); };
};
class plus : public base
{
public:
 plus(/* args */){};
 virtual void name() {printf("plus\n");}
 virtual void parant() {printf("base\n");}
 ~plus() { printf("plus\n"); };
};
int main()
{
 base b;
 printf("base: %ld\n", size_t(&b));
 plus p;
 printf("plus: %ld\n", size_t(&p));
}

仍然用 gdb 來(lái)驗(yàn)證，斷點(diǎn)后通過(guò) info vtbl 命令查看：

(gdb) info vtbl p
vtable for 'plus' @ 0x555555755d08 (subobject @ 0x7fffffffe010):
[0]: 0x555555554b4a <base::feature()>
[1]: 0x555555554bf8 <plus::name()>
[2]: 0x555555554c30 <plus::~plus()>
[3]: 0x555555554c66 <plus::~plus()>
[4]: 0x555555554c14 <plus::parant()>
(gdb) info vtbl b
vtable for 'base' @ 0x555555755d40 (subobject @ 0x7fffffffe008):
[0]: 0x555555554b4a <base::feature()>
[1]: 0x555555554b5c <base::name()>

當(dāng)調(diào)用虛函數(shù)的時(shí)候，會(huì)在虛函數(shù)表中尋找對(duì)應(yīng)的函數(shù)地址，因此它每一次調(diào)用動(dòng)會(huì)多做一步匹配，相比靜態(tài)聯(lián)編的非虛函數(shù)要更加耗時(shí)。

需要注意的是構(gòu)造函數(shù)不能聲明為虛函數(shù)，而如果一個(gè)類作為除非不作為基類，否則建議聲明一個(gè)虛析構(gòu)函數(shù)。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于C++ 基礎(chǔ)教程之虛函數(shù)實(shí)例代碼詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)c++ 虛函數(shù)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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