1. 用virtual關(guān)鍵字申明的函數(shù)叫做虛函數(shù)，虛函數(shù)肯定是類的成員函數(shù)。
2. 存在虛函數(shù)的類都有一個一維的虛函數(shù)表叫做虛表。類的對象有一個指向虛表開始的虛指針。虛表是和類對應(yīng)的，虛表指針是和對象對應(yīng)的。
3. 多態(tài)性是一個接口多種實現(xiàn)，是面向?qū)ο蟮暮诵?。分為類的多態(tài)性和函數(shù)的多態(tài)性。
4. 多態(tài)用虛函數(shù)來實現(xiàn)，結(jié)合動態(tài)綁定。
5. 純虛函數(shù)是虛函數(shù)再加上= 0。
6. 抽象類是指包括至少一個純虛函數(shù)的類。

純虛函數(shù)：virtual void breathe()=0；即抽象類！必須在子類實現(xiàn)這個函數(shù)!即先有名稱，沒內(nèi)容，在派生類實現(xiàn)內(nèi)容!

我們先看一個例子：

我們在main()函數(shù)中首先定義了一個fish類的對象fh，接著定義了一個指向animal類的指針變量pAn，將fh的地址賦給了指針變量pAn，然后利用該變量調(diào)用pAn->breathe()。許多學(xué)員往往將這種情況和C++的多態(tài)性搞混淆，認為fh實際上是fish類的對象，應(yīng)該是調(diào)用fish類的breathe()，輸出“fish bubble”，然后結(jié)果卻不是這樣。下面我們從兩個方面來講述原因。

1、 編譯的角度
C++編譯器在編譯的時候，要確定每個對象調(diào)用的函數(shù)（要求此函數(shù)是非虛函數(shù)）的地址，這稱為早期綁定（early binding），當我們將fish類的對象fh的地址賦給pAn時，C++編譯器進行了類型轉(zhuǎn)換，此時C++編譯器認為變量pAn保存的就是animal對象的地址。當在main()函數(shù)中執(zhí)行pAn->breathe()時，調(diào)用的當然就是animal對象的breathe函數(shù)。

2、 內(nèi)存模型的角度
我們給出了fish對象內(nèi)存模型，如下圖所示：

我們構(gòu)造fish類的對象時，首先要調(diào)用animal類的構(gòu)造函數(shù)去構(gòu)造animal類的對象，然后才調(diào)用fish類的構(gòu)造函數(shù)完成自身部分的構(gòu)造，從而拼接出一個完整的fish對象。當我們將fish類的對象轉(zhuǎn)換為animal類型時，該對象就被認為是原對象整個內(nèi)存模型的上半部分，也就是圖1-1中的“animal的對象所占內(nèi)存”。那么當我們利用類型轉(zhuǎn)換后的對象指針去調(diào)用它的方法時，當然也就是調(diào)用它所在的內(nèi)存中的方法。因此，輸出animal breathe，也就順理成章了。

正如很多學(xué)員所想，在例1-1的程序中，我們知道pAn實際指向的是fish類的對象，我們希望輸出的結(jié)果是魚的呼吸方法，即調(diào)用fish類的breathe方法。這個時候，就該輪到虛函數(shù)登場了。

前面輸出的結(jié)果是因為編譯器在編譯的時候，就已經(jīng)確定了對象調(diào)用的函數(shù)的地址，要解決這個問題就要使用遲綁定（late binding）技術(shù)。當編譯器使用遲綁定時，就會在運行時再去確定對象的類型以及正確的調(diào)用函數(shù)。而要讓編譯器采用遲綁定，就要在基類中聲明函數(shù)時使用virtual關(guān)鍵字（注意，這是必須的，很多學(xué)員就是因為沒有使用虛函數(shù)而寫出很多錯誤的例子），這樣的函數(shù)我們稱為虛函數(shù)。一旦某個函數(shù)在基類中聲明為virtual，那么在所有的派生類中該函數(shù)都是virtual，而不需要再顯式地聲明為virtual。
下面修改例1-1的代碼，將animal類中的breathe()函數(shù)聲明為virtual，如下：

編譯器在編譯的時候，發(fā)現(xiàn)animal類中有虛函數(shù)，此時編譯器會為每個包含虛函數(shù)的類創(chuàng)建一個虛表（即vtable），該表是一個一維數(shù)組，在這個數(shù)組中存放每個虛函數(shù)的地址。對于例1-2的程序，animal和fish類都包含了一個虛函數(shù)breathe()，因此編譯器會為這兩個類都建立一個虛表，（即使子類里面沒有virtual函數(shù)，但是其父類里面有，所以子類中也有了）如下圖所示:

那么如何定位虛表呢？編譯器另外還為每個類的對象提供了一個虛表指針（即vptr），這個指針指向了對象所屬類的虛表。在程序運行時，根據(jù)對象的類型去初始化vptr，從而讓vptr正確的指向所屬類的虛表，從而在調(diào)用虛函數(shù)時，就能夠找到正確的函數(shù)。對于例1-2的程序，由于pAn實際指向的對象類型是fish，因此vptr指向的fish類的vtable，當調(diào)用pAn->breathe()時，根據(jù)虛表中的函數(shù)地址找到的就是fish類的breathe()函數(shù)。

正是由于每個對象調(diào)用的虛函數(shù)都是通過虛表指針來索引的，也就決定了虛表指針的正確初始化是非常重要的。換句話說，在虛表指針沒有正確初始化之前，我們不能夠去調(diào)用虛函數(shù)。那么虛表指針在什么時候，或者說在什么地方初始化呢？

答案是在構(gòu)造函數(shù)中進行虛表的創(chuàng)建和虛表指針的初始化。還記得構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用順序嗎，在構(gòu)造子類對象時，要先調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)，此時編譯器只“看到了”父類，并不知道后面是否后還有繼承者，它初始化父類對象的虛表指針，該虛表指針指向父類的虛表。當執(zhí)行子類的構(gòu)造函數(shù)時，子類對象的虛表指針被初始化，指向自身的虛表。對于例2-2的程序來說，當fish類的fh對象構(gòu)造完畢后，其內(nèi)部的虛表指針也就被初始化為指向fish類的虛表。在類型轉(zhuǎn)換后，調(diào)用pAn->breathe()，由于pAn實際指向的是fish類的對象，該對象內(nèi)部的虛表指針指向的是fish類的虛表，因此最終調(diào)用的是fish類的breathe()函數(shù)。

要注意：對于虛函數(shù)調(diào)用來說，每一個對象內(nèi)部都有一個虛表指針，該虛表指針被初始化為本類的虛表。所以在程序中，不管你的對象類型如何轉(zhuǎn)換，但該對象內(nèi)部的虛表指針是固定的，所以呢，才能實現(xiàn)動態(tài)的對象函數(shù)調(diào)用，這就是C++多態(tài)性實現(xiàn)的原理。

總結(jié)（基類有虛函數(shù)）：
1. 每一個類都有虛表。

2. 虛表可以繼承，如果子類沒有重寫虛函數(shù)，那么子類虛表中仍然會有該函數(shù)的地址，只不過這個地址指向的是基類的虛函數(shù)實現(xiàn)。如果基類有3個虛函數(shù)，那么基類的虛表中就有三項（虛函數(shù)地址），派生類也會有虛表，至少有三項，如果重寫了相應(yīng)的虛函數(shù)，那么虛表中的地址就會改變，指向自身的虛函數(shù)實現(xiàn)。如果派生類有自己的虛函數(shù)，那么虛表中就會添加該項。

3. 派生類的虛表中虛函數(shù)地址的排列順序和基類的虛表中虛函數(shù)地址排列順序相同。

這就是C++中的多態(tài)性。當C++編譯器在編譯的時候，發(fā)現(xiàn)animal類的breathe()函數(shù)是虛函數(shù)，這個時候C++就會采用遲綁定（late binding）技術(shù)。也就是編譯時并不確定具體調(diào)用的函數(shù)，而是在運行時，依據(jù)對象的類型（在程序中，我們傳遞的fish類對象的地址）來確認調(diào)用的是哪一個函數(shù)，這種能力就叫做C++的多態(tài)性。我們沒有在breathe()函數(shù)前加virtual關(guān)鍵字時，C++編譯器在編譯時就確定了哪個函數(shù)被調(diào)用，這叫做早期綁定（early binding）。

C++的多態(tài)性是通過遲綁定技術(shù)來實現(xiàn)的。

C++的多態(tài)性用一句話概括就是：在基類的函數(shù)前加上virtual關(guān)鍵字，在派生類中重寫該函數(shù)，運行時將會根據(jù)對象的實際類型來調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。如果對象類型是派生類，就調(diào)用派生類的函數(shù)；如果對象類型是基類，就調(diào)用基類的函數(shù)。

虛函數(shù)是在基類中定義的，目的是不確定它的派生類的具體行為。例：
定義一個基類：class Animal//動物。它的函數(shù)為breathe()//呼吸。
再定義一個類class Fish//魚 。它的函數(shù)也為breathe()
再定義一個類class Sheep //羊。它的函數(shù)也為breathe()

為了簡化代碼，將Fish,Sheep定義成基類Animal的派生類。
然而Fish與Sheep的breathe不一樣，一個是在水中通過水來呼吸，一個是直接呼吸空氣。所以基類不能確定該如何定義breathe，所以在基類中只定義了一個virtual breathe,它是一個空的虛函數(shù)。具本的函數(shù)在子類中分別定義。程序一般運行時，找到類，如果它有基類，再找它的基類，最后運行的是基類中的函數(shù)，這時，它在基類中找到的是virtual標識的函數(shù)，它就會再回到子類中找同名函數(shù)。派生類也叫子類。基類也叫父類。這就是虛函數(shù)的產(chǎn)生，和類的多態(tài)性（breathe）的體現(xiàn)。

這里的多態(tài)性是指類的多態(tài)性。
函數(shù)的多態(tài)性是指一個函數(shù)被定義成多個不同參數(shù)的函數(shù)，它們一般被存在頭文件中，當你調(diào)用這個函數(shù)，針對不同的參數(shù)，就會調(diào)用不同的同名函數(shù)。例：Rect（）//矩形。它的參數(shù)可以是兩個坐標點（point，point)也可能是四個坐標(x1,y1,x2,y2)這叫函數(shù)的多態(tài)性與函數(shù)的重載。

類的多態(tài)性，是指用虛函數(shù)和延遲綁定來實現(xiàn)的。函數(shù)的多態(tài)性是函數(shù)的重載。

一般情況下（沒有涉及virtual函數(shù)），當我們用一個指針/引用調(diào)用一個函數(shù)的時候，被調(diào)用的函數(shù)是取決于這個指針/引用的類型。即如果這個指針/引用是基類對象的指針/引用就調(diào)用基類的方法；如果指針/引用是派生類對象的指針/引用就調(diào)用派生類的方法，當然如果派生類中沒有此方法，就會向上到基類里面去尋找相應(yīng)的方法。這些調(diào)用在編譯階段就確定了。

當設(shè)計到多態(tài)性的時候，采用了虛函數(shù)和動態(tài)綁定，此時的調(diào)用就不會在編譯時候確定而是在運行時確定。不在單獨考慮指針/引用的類型而是看指針/引用的對象的類型來判斷函數(shù)的調(diào)用，根據(jù)對象中虛指針指向的虛表中的函數(shù)的地址來確定調(diào)用哪個函數(shù)。

最新評論