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C++虚函数实现详解

2023-07-13 07:06:11 深夜i -- --

C++ 虚函数实现详解

C++虚函数是C++中最基础、最重要的概念之一，它实现了多态性，让我们可以更加灵活地使用对象。在本文中，我们将讲解C++虚函数的实现原理以及如何使用它们。

1. 什么是虚函数？

虚函数是在基类中定义的函数，它的声明前加上关键字virtual。它表示这个函数可以在派生类中重新定义，并且使用基类的指针或引用调用这个函数时，会动态绑定到派生类的函数上。

2. 为什么需要虚函数？

在面向对象的程序设计中，我们经常需要对类进行继承，并且需要在派生类中重新定义一些函数，以实现不同的行为。这时，如果使用基类的指针或引用调用这些函数，那么它们会调用基类中的函数，而不是派生类中的函数，这可能不是我们想要的结果。

虚函数的作用就是解决这个问题，它让我们可以使用基类的指针或引用调用派生类中的函数，并实现真正的多态性。

3. 虚函数的实现原理

虚函数的实现需要用到两个关键字：虚函数表和虚函数指针。

（1）虚函数表

每个类都有一个虚函数表，用于存储类中所有的虚函数。虚函数表是一个指针数组，数组中的每个元素指向一个虚函数。每个类中只有一个虚函数表，它由编译器在编译时自动生成。

（2）虚函数指针

每个对象都有一个虚函数指针（vptr），它指向该对象所属类的虚函数表。当使用基类的指针或引用调用一个虚函数时，会先访问对象的虚函数指针，找到虚函数表，再根据函数的索引调用对应的虚函数。

4. 虚函数的使用

为了让一个函数成为虚函数，我们需要在父类中将其声明为虚函数，并在子类中重写这个函数。具体示例如下：


class Animal{
public:
 virtual void makeSound()
  cout << "This is an animal." << endl;
 
};
class Dog : public Animal{
public:
 void makeSound() override
  cout << "Woof! Woof!" << endl;
 
};
class Cat : public Animal{
public:
 void makeSound() override
  cout << "Meow! Meow!" << endl;
 
};

在这个示例中，Animal类中的makeSound函数被声明为虚函数，并在Dog和Cat类中进行了重写，实现了多态性。

使用虚函数时，可以通过基类的指针或引用调用子类中的重写函数，例如：


Animal* animal = new Animal();
Dog* dog = new Dog();
Cat* cat = new Cat();
animal->makeSound(); // 输出：This is an animal.
dog->makeSound(); // 输出：Woof! Woof!
cat->makeSound(); // 输出：Meow! Meow!
Animal* animal1 = new Dog();
Animal* animal2 = new Cat();
animal1->makeSound(); // 输出：Woof! Woof!
animal2->makeSound(); // 输出：Meow! Meow!

在这个示例中，可以看到使用基类的指针指向不同的派生类对象（Dog和Cat），并使用虚函数调用派生类中的函数，实现了多态性。

总结

C++虚函数实现了多态性，能够让我们更加灵活地使用对象。虚函数的实现原理包括虚函数表和虚函数指针，使用虚函数时需要在父类中声明为虚函数，并在子类中进行重写。在实际编程中，我们应当充分利用虚函数的特性，写出更加灵活、更具扩展性的程序。

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