C++ 虚函数基础知识储备

1.c++虚函数原理

作用:C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。当基类中的成员函数定义了虚函数,其子类可以重新改写该函数。也即是允许派生类调用父类的同名函数而实现不同的功能,也叫动态联编。在主函数调用时,只需要定义一个基类指针就可以进行派生类的分别操作。
底层原理虚函数表+虚函数表指针。每一个类都会对应一个虚函数表,一个存放虚函数地址虚函数表,并创建虚函数指针(vptr)来指向表。

如果基类有3个虚函数,那么基类的虚表中就有三项(虚函数地址),同时虚表可以继承,派生类也会有虚表,至少有三项,如果重写了相应的虚函数,那么虚表中的地址就会改变,指向自身的虚函数实现,如果派生类有自己的虚函数,那么虚表中就会添加该项。

2.虚函数和纯虚函数的区别

纯虚函数和虚函数都可以在子类中被重写,他们的区别是:
1.纯虚函数只有定义,没有实现,而虚函数有定义,也有实现的代码。纯虚函数语法:virtual void print() = 0;
2.包含纯虚函数的类不能定义其对象,而包含虚函数的则可以。
所以,纯虚函数的作用就是在基类中定义这样的接口但是又不想去实现,所以就只好设置纯虚函数,因为只有这样才能编译通过。
纯虚函数(pure virtual) :C++中包含纯虚函数的类,被称为是“抽象类”。抽象类不能使用new出对象,只有实现了这个纯虚函数的子类才能new出对象。

3.虚函数指针的初始化过程

虚函数表的创建和虚函数指针的初始化都是在构造函数中进行的。当编译器发现基类当中有虚函数存在时,就会为每个含有虚函数的类创建一个虚函数表(vtable),该表是一个一维数组,存放的是虚函数的地址,子类中如果没有虚函数也会从基类中继承虚函数表,虚表创建之后还会创建一个虚函数指针来指向虚表,即(vptr)。
构造函数调用顺序:基类构造函数、对象成员构造函数、派生类本身的构造函数 ,析构完全反着来。
当构造子类对象是,需要先调用父类的构造函数,而此时编译器还不知道是否有继承者,那么会创建父类的虚函数表及虚函数指针,指针指向父类的虚函数,当执行到子类的构造函数是,就会初始化子类的虚函数表和虚函数指针。

4.析构函数可以是虚函数?为什么?

析构函数主要是为类对象释放资源而存在的,和构造函数成对。
当基类的析构函数定义为虚函数的时候,就算在基类中删除了基类指针, 子类可以利用自己的析构函数来调用基类的析构函数,从而达到整个类的完全析构。
相反,当基类指针操作派生类对象,基类析构函数不是虚函数时,此时析构函数只是释放掉了基类的资源,而不会调用派生类的析构函数,从而造成资源的释放不及时,容易造成内存泄漏。
C++中析构函数为虚函数,简单示例

5.c++多态实现

以上两点说提到的虚函数就是C++多态性质的基本原理,多态究其根本就是是一个接口多种实现。
c++中的多态性,当c++编译器在编译的时候,发现基类的某个函数是虚函数,这个时候c++就会采用晚绑定技术,也就是编译时并不确定具体调用的函数,而是在运行时,依据对象的类型来确认调用的是哪一个函数,这种能力就叫做c++的多态性,我们没有在函数前加virtual关键字时,c++编译器就确定了哪个函数被调用,这叫做早期绑定

//多态的形成
基类
{
vitural 函数;
}
子类 :基类
{
函数//可重定义
}
main()
{

基类 *p = new 基类;
p -> 函数;
p = 派生类;//重定位基类指针
p -> 函数;
}

#include <iostream>
using namespace std;
//军队
class Troops{
public:
    virtual void fight(){ cout<<"Strike back!"<<endl; }
};
//陆军
class Army: public Troops{
public:
    void fight(){ cout<<"--Army is fighting!"<<endl; }
};
//99A主战坦克
class _99A: public Army{
public:
    void fight(){ cout<<"----99A(Tank) is fighting!"<<endl; }
};
//武直10武装直升机
class WZ_10: public Army{
public:
    void fight(){ cout<<"----WZ-10(Helicopter) is fighting!"<<endl; }
};
//长剑10巡航导弹
class CJ_10: public Army{
public:
    void fight(){ cout<<"----CJ-10(Missile) is fighting!"<<endl; }
};
//空军
class AirForce: public Troops{
public:
    void fight(){ cout<<"--AirForce is fighting!"<<endl; }
};
//J-20隐形歼击机
class J_20: public AirForce{
public:
    void fight(){ cout<<"----J-20(Fighter Plane) is fighting!"<<endl; }
};
//CH5无人机
class CH_5: public AirForce{
public:
    void fight(){ cout<<"----CH-5(UAV) is fighting!"<<endl; }
};
//轰6K轰炸机
class H_6K: public AirForce{
public:
    void fight(){ cout<<"----H-6K(Bomber) is fighting!"<<endl; }
};
int main(){
    Troops *p = new Troops;
    p ->fight();
    //陆军
    p = new Army;
    p ->fight();
    p = new _99A;
    p -> fight();
    p = new WZ_10;
    p -> fight();
    p = new CJ_10;
    p -> fight();
    //空军
    p = new AirForce;
    p -> fight();
    p = new J_20;
    p -> fight();
    p = new CH_5;
    p -> fight();
    p = new H_6K;
    p -> fight();
    return 0;
}

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