C++虛函數(shù)詳解

01

—

C++是一門面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，在C++里運(yùn)行時(shí)多態(tài)是由虛函數(shù)和純虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在我們看下在C++中如何用虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)多態(tài)。先來看一段代碼。

// virtual_function.cpp : 此文件包含 "main" 函數(shù)。程序執(zhí)行將在此處開始并結(jié)束。
//

#include <iostream>

class Base {
public:
    Base() {
        std::cout << "Base::constructor run" << std::endl;
    }

    virtual void fun1() {
        std::cout << "Base::fun1 run" << std::endl;
    }

    virtual void fun2() {
        std::cout << "Base::fun2 run" << std::endl;
    }

    virtual ~Base() {
        std::cout << "Base::desconstructor run" << std::endl;
    }
};

class Derive : public Base {
public:
    Derive() {
        std::cout << "Derive::constructor run" << std::endl;
    }

    void fun1() {
        std::cout << "Derive::fun1 run" << std::endl;
    }

    void fun3() {
        std::cout << "Derive::fun3 run" << std::endl;
    }

    ~Derive() {
        std::cout << "Derive::desconstructor run" << std::endl;
    }
};

int main()
{
    Derive* d = new Derive();

    d->fun1();
    d->fun2();
    d->fun3();

    delete d;
}

這段代碼編譯運(yùn)行后輸出了：

Base::constructor run
Derive::constructor run
Derive::fun1 run
Base::fun2 run
Derive::fun3 run
Derive::desconstructor run
Base::desconstructor run

這段代碼里基類Base定義了虛函數(shù)fun1和fun2，派生類Derive有成員函數(shù)fun1和fun3，其中派生類覆蓋了繼承而來的基類虛函數(shù)fun1。在主函數(shù)里創(chuàng)建Derive類型對(duì)象指針d指向Derive類型對(duì)象。由于派生類Derive成員函數(shù)fun1覆蓋了基類Base成員函數(shù)fun1，因此通過d調(diào)用fun1實(shí)際調(diào)用的是派生類Derive類的成員函數(shù)fun1，而繼承而來的成員函數(shù)fun2沒有被覆蓋，則通過指針d調(diào)用fun2實(shí)際調(diào)用的是基類成員函數(shù)fun2。這里好像讓看不出虛函數(shù)有什么作用，那么我們將主函數(shù)修改如下：

int main()
{
    Base* b = new Derive();

    b->fun1();
    b->fun2();

    delete b;
}

在程序里我們將創(chuàng)建一個(gè)基類指針b并指向的是派生類，并且調(diào)用delete釋放內(nèi)存時(shí)使用的是基類指針b。編譯運(yùn)行輸出結(jié)果如下：

Base::constructor run
Derive::constructor run
Derive::fun1 run
Base::fun2 run
Derive::desconstructor run
Base::desconstructor run

帶有虛函數(shù)的類稱為虛基類，子類繼承虛基類。在C++中虛基類有一個(gè)虛函數(shù)表指針保存虛函數(shù)表地址，而虛函數(shù)表保存函數(shù)地址，虛函數(shù)表并不在虛基類里，但是虛函數(shù)表指針在虛基類里，子類繼承虛基類，子類也就有了虛函數(shù)表指針。那么C++是如何通過虛函數(shù)表和虛函數(shù)表指針實(shí)現(xiàn)多態(tài)呢？打開VS2019，并用管理員身份運(yùn)行"2019開發(fā)人員命令提示符"工具，如下圖所示：

輸入：cl /d1 reportSingleClassLayoutXXX  [filename]，XXX表示類名，[filename]表示類所在的.cpp文件路徑。這里我輸入源文件的派生類名和源文件路徑，回車輸出如下：

在C++中有虛函數(shù)的類，其析構(gòu)函數(shù)默認(rèn)是虛析構(gòu)函數(shù)，只要是虛函數(shù)就會(huì)在虛函數(shù)表里有相應(yīng)的函數(shù)地址，因此派生類里的虛函數(shù)表指針vfptr指向的虛函數(shù)表vftable必然保存著派生類析構(gòu)函數(shù)的地址，類的析構(gòu)過程：從繼承鏈的最底端到最頂端依次調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，因此delete b調(diào)用過程：通過虛函數(shù)表指針vfptr找到虛函數(shù)表vftable，再通過虛函數(shù)表找到派生類析構(gòu)函數(shù)地址，調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。