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C++中虚函数的作用是什么?它应该怎么用呢?

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  2、在很多情况下,基类本身生成对象是不合情理的。例如,动物作为一个基类可以派生出老虎、孔雀等子类,但动物本身生成对象明显不合常理。

  为了解决上述问题,引入了纯虚函数的概念,将函数定义为纯虚函数(方法:virtual ReturnType Function()= 0;),则编译器要求在派生类中必须予以重写以实现多态性。

  同时含有纯虚拟函数的类称为抽象类,它不能生成对象。这样就很好地解决了上述两个问题。

  比如你有个游戏,游戏里有个虚基类叫「怪物」,有纯虚函数 「攻击」。然后派生出了三个子类「狼」「蜘蛛」「蟒蛇」,都实现了自己不同的「攻击」函数,比如狼是咬人,蜘蛛是吐丝,蟒蛇把你缠起来。

  然后出现好多怪物的时候就可以定义一个虚基类指针数组,把各种怪物的指针给它,然后迭代循环的时候直接 monster[i]-attack() 攻击玩家就行了,大概见下图:

  析构函数的作用是在对象撤销之前做必要的“清理现场”的工作。当派生类的对象从内存中撤销的时候,会先先调用派生类的析构函数然后再调用基类的析构函数。

  当我们new一个临时对象时,若基类中包含析构函数,并且定义了一个指向该基类的指针变量。

  在析构函数或者是构造函数中,我们绝对不能调用虚函数。即使,我们在构造函数或者析构函数中调用虚函数,也不会下降至派生类中调用函数。

  2、在很多情况下,基类本身生成对象是不合情理的。例如,动物作为一个基类可以派生出老虎、孔雀等子类,但动物本身生成对象明显不合常理。

  为了解决上述问题,引入了纯虚函数的概念,将函数定义为纯虚函数(方法:virtual ReturnType Function()= 0;),则编译器要求在派生类中必须予以重写以实现多态性。同时含有纯虚拟函数的类称为抽象类,它不能生成对象。这样就很好地解决了上述两个问题。

  声明了纯虚函数的类是一个抽象类。所以,用户不能创建类的实例,只能创建它的派生类的实例。

  纯虚函数最显著的特征是:它们必须在继承类中重新声明函数(不要后面的=0,否则该派生类也不能实例化),而且它们在抽象类中往往没有定义。

  3、纯虚函数的意义,让所有的类对象(主要是派生类对象)都可以执行纯虚函数的动作,但类无法为纯虚函数提供一个合理的缺省实现。所以类纯虚函数的声明就是在告诉子类的设计者,“你必须提供一个纯虚函数的实现,但我不知道你会怎样实现它”。

  1、在基类用virtual声明成员函数为虚函数。这样就可以在派生类中重新定义此函数,为它赋予新的功能,并能方便地被调用。在类外定义虚函数时,不必再加virtual。

  2、在派生类中重新定义此函数,要求函数名、函数类型、函数参数个数和类型全部与基类的虚函数相同,并根据派生类的需要重新定义函数体。

  C++规定,当一个成员函数被声明为虚函数后,其派生类中的同名函数都自动成为虚函数。因此在派生类重新声明该虚函数时,可以加virtual,也可以不加,但习惯上一般在每一层声明该函数时都加virtual,使程序更加清晰。如果在派生类中没有对基类的虚函数重新定义,则派生类简单地继承其直接基类的虚函数。

  3、定义一个指向基类对象的指针变量,并使它指向同一类族中需要调用该函数的对象。

  4、通过该指针变量调用此虚函数,此时调用的就是指针变量指向的对象的同名函数。通过虚函数与指向基类对象的指针变量的配合使用,就能方便地调用同一类族中不同类的同名函数,只要先用基类指针指向即可。

  如果指针不断地指向同一类族中不同类的对象,就能不断地调用这些对象中的同名函数。这就如同前面说的,不断地告诉出租车司机要去的目的地,然后司机把你送到你要去的地方。

  有时在基类中定义的非虚函数会在派生类中被重新定义,如果用基类指针调用该成员函数,则系统会调用对象中基类部分的成员函数;如果用派生类指针调用该成员函数,则系统会调用派生类对象中的成员函数,这并不是多态性行为(使用的是不同类型的指针),没有用到虚函数的功能。

  以前介绍的函数重载处理的是同一层次上的同名函数问题,而虚函数处理的是不同派生层次上的同名函数问题,前者是横向重载,后者可以理解为纵向重载。但与重载不同的是:同一类族的虚函数的首部是相同的,而函数重载时函数的首部是不同的(参数个数或类型不同)。

  1、纯虚函数声明如下: virtual void funtion1()=0; 纯虚函数一定没有定义,纯虚函数用来规范派生类的行为,即接口。包含纯虚函数的类是抽象类,抽象类不能定义实例,但可以声明指向实现该抽象类的具体类的指针或引用。

  3、对于虚函数来说,父类和子类都有各自的版本。由多态方式调用的时候动态绑定。

  4、实现了纯虚函数的子类,该纯虚函数在子类中就编程了虚函数,子类的子类即孙子类可以覆盖该虚函数,由多态方式调用的时候动态绑定。

  5、虚函数是C++中用于实现多态(polymorphism)的机制。核心理念就是通过基类访问派生类定义的函数。

  6、在有动态分配堆上内存的时候,析构函数必须是虚函数,但没有必要是纯虚的。

  7、友元不是成员函数,只有成员函数才可以是虚拟的,因此友元不能是虚拟函数。但可以通过让友元函数调用虚拟成员函数来解决友元的虚拟问题。

  8、析构函数应当是虚函数,将调用相应对象类型的析构函数,因此,如果指针指向的是子类对象,将调用子类的析构函数,然后自动调用基类的析构函数。

  3、当基类指针指向一个子类对象,通过这个指针调用子类和基类同名成员函数的时候,基类声明为虚函数就会调子类的这个函数,不声明就会调用基类的。

  2、派生出了三个子类「狼」「蜘蛛」「蟒蛇」,都实现了自己不同的「攻击」函数,比如狼是咬人,蜘蛛是吐丝,蟒蛇把你缠起来。

  3、出现好多怪物的时候就可以定义一个虚基类指针数组,把各种怪物的指针给它,然后迭代循环的时候直接 monster[i]-attack() 攻击玩家就行了,大概见下图:

  (2)当派生类的对象从内存中撤销的时候,会先先调用派生类的析构函数然后再调用基类的析构函数。

  (3)当我们new一个临时对象时,若基类中包含析构函数,并且定义了一个指向该基类的指针变量。

  在析构函数或者是构造函数中,我们绝对不能调用虚函数。即使,我们在构造函数或者析构函数中调用虚函数,也不会下降至派生类中调用函数。

  允许在派生类中重新定义与基类同名的函数,并且可以通过基类指针或引用来访问基类和派生类中的同名函数。

  1.在基类用virtual声明成员函数为虚函数可以在派生类中重新定义此函数,为它赋予新的功能,并能方便地被调用。

  2.在派生类中重新定义此函数,要求函数名、函数类型、函数参数个数和类型全部与基类的虚函数相同,并根据派生类的需要重新定义函数体。

  在派生类重新声明该虚函数时,可以加virtual,也可以不加,但习惯上一般在每一层声明该函数时都加virtual,使程序更加清晰。

  3.如果在派生类中没有对基类的虚函数重新定义,则派生类简单地继承其直接基类的虚函数。

  4.定义一个指向基类对象的指针变量,并使它指向同一类族中需要调用该函数的对象。

  通过该指针变量调用此虚函数,此时调用的就是指针变量指向的对象的同名函数;

  虚函数与指向基类对象的指针变量的配合使用,就能方便地调用同一类族中不同类的同名函数,只要先用基类指针指向即可。

  1、如果期望派生类重新定义一个成员函数,应该在基类中把此函数设为virtual。

  2.以一个单一指令调用不同函数,这种性质成为多态(polymorphism);

  3.抽象类中的虚函数不打算被调用,不应该定义它,应该把它设置为纯虚函数(在函数声明之后加上=0即可);

  抽象类不能产出对象实例,但是我们可以拥有指向抽象类的指针,以便于操作抽象类中的各个派生类。

  展开全部虚函数联系到多态,多态联系到继承。所以本文中都是在继承层次上做文章。没了继承,什么都没得谈。

  一, 什么是虚函数(如果不知道虚函数为何物,但有急切的想知道,那你就应该从这里开始)

  简单地说,那些被virtual关键字修饰的成员函数,就是虚函数。虚函数的作用,用专业术语来解释就是实现多态性(Polymorphism),多态性是将接口与实现进行分离;用形象的语言来解释就是实现以共同的方法,但因个体差异而采用不同的策略。下面来看一段简单的代码

  通过class A和class B的print()这个接口,可以看出这两个class因个体的差异而采用了不同的策略,输出的结果也是我们预料中的,分别是This is A和This is B。但这是否真正做到了多态性呢?No,多态还有个关键之处就是一切用指向基类的指针或引用来操作对象。那现在就把main()处的代码改一改。

  运行一下看看结果,哟呵,蓦然回首,结果却是两个This is A。问题来了,p2明明指向的是class B的对象但却是调用的class A的print()函数,这不是我们所期望的结果,那么解决这个问题就需要用到虚函数

  毫无疑问,class A的成员函数print()已经成了虚函数,那么class B的print()成了虚函数了吗?回答是Yes,我们只需在把基类的成员函数设为virtual,其派生类的相应的函数也会自动变为虚函数。所以,class B的print()也成了虚函数。那么对于在派生类的相应函数前是否需要用virtual关键字修饰,那就是你自己的问题了。

  现在来消化一下,我作个简单的总结,指向基类的指针在操作它的多态类对象时,会根据不同的类对象,调用其相应的函数,这个函数就是虚函数。

  二, 虚函数是如何做到的(如果你没有看过《Inside The C++ Object Model》这本书,但又急切想知道,那你就应该从这里开始)

  虚函数是如何做到因对象的不同而调用其相应的函数的呢?现在我们就来剖析虚函数。我们先定义两个类

  由于这两个类中有虚函数存在,所以编译器就会为他们两个分别插入一段你不知道的数据,并为他们分别创建一个表。那段数据叫做vptr指针,指向那个表。那个表叫做vtbl,每个类都有自己的vtbl,vtbl的作用就是保存自己类中虚函数的地址,我们可以把vtbl形象地看成一个数组,这个数组的每个元素存放的就是虚函数的地址,请看图

  通过上图,可以看到这两个vtbl分别为class A和class B服务。现在有了这个模型之后,我们来分析下面的代码

  毫无疑问,调用了A::fun(),但是A::fun()是如何被调用的呢?它像普通函数那样直接跳转到函数的代码处吗?No,其实是这样的,首先是取出vptr的值,这个值就是vtbl的地址,再根据这个值来到vtbl这里,由于调用的函数A::fun()是第一个虚函数,所以取出vtbl第一个slot里的值,这个值就是A::fun()的地址了,最后调用这个函数。现在我们可以看出来了,只要vptr不同,指向的vtbl就不同,而不同的vtbl里装着对应类的虚函数地址,所以这样虚函数就可以完成它的任务。

  而对于class A和class B来说,他们的vptr指针存放在何处呢?其实这个指针就放在他们各自的实例对象里。由于class A和class B都没有数据成员,所以他们的实例对象里就只有一个vptr指针。通过上面的分析,现在我们来实作一段代码,来描述这个带有虚函数的类的简单模型。

  用VC或Dev-C++编译运行一下,看看结果是不是输出3,如果不是,那么太阳明天肯定是从西边出来。现在一步一步开始分析

  void (*fun)(A*); 这段定义了一个函数指针名字叫做fun,而且有一个A*类型的参数,这个函数指针待会儿用来保存从vtbl里取出的函数地址

  memcpy(&lVptrAddr,p,4); 前面说了,他们的实例对象里只有vptr指针,所以我们就放心大胆地把p所指的4bytes内存里的东西复制到lVptrAddr中,所以复制出来的4bytes内容就是vptr的值,即vtbl的地址

  现在有了vtbl的地址了,那么我们现在就取出vtbl第一个slot里的内容

  fun(p); 这里就调用了刚才取出的函数地址里的函数,也就是调用了B::fun()这个函数,也许你发现了为什么会有参数p,其实类成员函数调用时,会有个this指针,这个p就是那个this指针,只是在一般的调用中编译器自动帮你处理了而已,而在这里则需要自己处理。

  如果调用B::fun2()怎么办?那就取出vtbl的第二个slot里的值就行了

  你能估算出输出结果吗?如果你估算出的结果是A::fun和A::fun2,呵呵,恭喜恭喜,你中圈套了。其实真正的结果是B::fun和B::fun2,如果你想不通就接着往下看。给个提示,&A::fun和&A::fun2是真正获得了虚函数的地址吗?

  首先我们回到第二部分,通过段实作代码,得到一个“通用”的获得虚函数地址的方法

  这个通用方法和第三部分开始处的代码有何联系呢?联系很大。由于A::fun()和A::fun2()是虚函数,所以&A::fun和&A::fun2获得的不是函数的地址,而是一段间接获得虚函数地址的一段代码的地址,我们形象地把这段代码看作那段CallVirtualFun。编译器在编译时,会提供类似于CallVirtualFun这样的代码,当你调用虚函数时,其实就是先调用的那段类似CallVirtualFun的代码,通过这段代码,获得虚函数地址后,最后调用虚函数,这样就真正保证了多态性。同时大家都说虚函数的效率低,其原因就是,在调用虚函数之前,还调用了获得虚函数地址的代码。

  最后的说明:本文的代码可以用VC6和Dev-C++4.9.8.0通过编译,且运行无问题。其他的编译器小弟不敢保证。其中,里面的类比方法只能看成模型,因为不同的编译器的低层实现是不同的。例如this指针,Dev-C++的gcc就是通过压栈,当作参数传递,而VC的编译器则通过取出地址保存在ecx中。所以这些类比方法不能当作具体实现

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