C++（1）- 虚函数

在 C++ 中，虚函数（virtual function）是实现多态的一种机制。通过虚函数，可以在派生类中重写（override）基类中的函数，从而在运行时根据对象的实际类型调用相应的函数。以下是关于 C++ 中虚函数的详细介绍和示例。

1. 基本概念

• 虚函数：在基类中声明为 virtual 的成员函数。虚函数允许派生类重写该函数，从而实现多态。
• 纯虚函数：在基类中声明为 virtual 并且没有实现的函数，形式为 virtual 返回类型 函数名() = 0;。含有纯虚函数的类称为抽象类，不能实例化。
• 多态：通过基类指针或引用调用虚函数时，实际调用的是派生类中重写的函数，而不是基类中的函数。

2. 虚函数的声明和使用

声明虚函数

在基类中声明虚函数：

class Base {
public:
    virtual void display() {
        std::cout << "Base class display function" << std::endl;
    }
};

派生类中重写虚函数

在派生类中重写基类的虚函数：

class Derived : public Base {
public:
    void display() override {
        std::cout << "Derived class display function" << std::endl;
    }
};

3. 多态的实现

通过基类指针或引用调用虚函数：

#include <iostream>

class Base {
public:
    virtual void display() {
        std::cout << "Base class display function" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void display() override {
        std::cout << "Derived class display function" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base baseObj;
    Derived derivedObj;

    Base* basePtr = &baseObj;
    Base* derivedPtr = &derivedObj;

    basePtr->display();  // 输出: Base class display function
    derivedPtr->display();  // 输出: Derived class display function

    return 0;
}

4. 纯虚函数和抽象类

声明纯虚函数

在基类中声明纯虚函数：

class Base {
public:
    virtual void display() = 0;  // 纯虚函数
};

派生类中实现纯虚函数

在派生类中实现基类的纯虚函数：

class Derived : public Base {
public:
    void display() override {
        std::cout << "Derived class display function" << std::endl;
    }
};

5. 构造函数和析构函数中的虚函数

• 构造函数：虚函数在构造函数中不具有多态性，即在构造函数中调用虚函数时，只会调用当前类的虚函数，不会调用派生类的虚函数。
• 析构函数：虚函数在析构函数中具有多态性，因此基类的析构函数通常声明为虚函数，以确保派生类的析构函数也能被调用。

#include <iostream>

class Base {
public:
    virtual ~Base() {}  // 虚析构函数
    virtual void display() {
        std::cout << "Base class display function" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    ~Derived() {}  // 派生类的析构函数
    void display() override {
        std::cout << "Derived class display function" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base* basePtr = new Derived();
    basePtr->display();  // 输出: Derived class display function
    delete basePtr;  // 调用 Derived 的析构函数

    return 0;
}

6. 虚函数表（VTable）

C++ 编译器在内部使用虚函数表（Virtual Table, VTable）来实现虚函数的多态调用。每个包含虚函数的类都有一个虚函数表，表中存放了该类所有虚函数的地址。每个对象都有一个指向其类的虚函数表的指针（vptr），通过 vptr 可以找到对应的虚函数地址。