C++ 虚函数

虚函数作用

C++的虚函数主要作用是“运行时多态”,父类中提供虚函数的实现,为子类提供默认的函数实现。

  子类可以重写父类的虚函数实现子类的特殊化。

class A { public: virtual void out2(string s) { cout<<"A(out2):"<<s<<endl; } };

virtual在函数中的使用限制

virtual关键字可以修饰普通的成员函数,也可以修饰析构函数,但并不是没有限制:

  • 普通函数不能是虚函数,也就是说这个函数必须是某一个类的成员函数,不可以是一个全局函数,否则会导致编译错误。
  • 静态成员函数不能是虚函数 static成员函数是和类同生共处的,他不属于任何对象,使用virtual也将导致错误。
  • 内联函数不能是虚函数 如果修饰内联函数 如果内联函数被virtual修饰,计算机会忽略inline使它变成存粹的虚函数。
  • 构造函数不能是虚函数,否则会出现编译错误。
  •  

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。

C++中的纯虚函数更像是“只提供申明,没有实现”,是对子类的约束,是“接口继承”。

C++中的纯虚函数也是一种“运行时多态”。

纯虚函数没有函数体,同时在定义的时候函数名后面要加“=0”。

class A { public: virtual void out1(string s)=0;//纯虚函数 virtual void out2(string s) { cout<<"A(out2):"<<s<<endl; } };

虚析构函数

class Shape

{

public:

....

virtual ~Shape();

private:

....

};

class Circle:public Shape

{

public:

virtual ~Circle();//与虚函数相同,此处virtual可以不写,系统将会自动添加,建议写上

....

};

....

父类指针指向的是哪个对象,哪个对象的构造函数就会先执行,然后执行父类的构造函数。销毁的时候子类的析构函数也会执行。

尽管派生类中定义了析构函数来释放其申请的资源,但是并没有得到调用。原因是基类指针指向了派生类对象,而基类中的析构函数却是非virtual的,之前讲过,虚函数是动态绑定的基础。现在析构函数不是virtual的,因此不会发生动态绑定,而是静态绑定,指针的静态类型为基类指针,因此在delete时候只会调用基类的析构函数,而不会调用派生类的析构函数。这样,在派生类中申请的资源就不会得到释放,就会造成内存泄漏,这是相当危险的:如果系统中有大量的派生类对象被这样创建和销毁,就会有内存不断的泄漏,久而久之,系统就会因为缺少内存而崩溃。

也就是说,在基类的析构函数为非虚析构函数的时候,并不一定会造成内存泄漏;当派生类对象的析构函数中有内存需要收回,并且在编程过程中采用了基类指针指向派生类对象,如为了实现多态,并且通过基类指针将该对象销毁,这时,就会因为基类的析构函数为非虚析构函数而不触发动态绑定,从而没有调用派生类的析构函数而导致内存泄漏。

  因此,为了防止这种情况下内存泄漏的发生,最好将基类的析构函数写成virtual虚析构函数。

多态的实现原理

虚函数表指针:类中除了定义的函数成员,还有一个成员是虚函数表指针(占四个基本内存单元),这个指针指向一个虚函数表的起始位置,这个表会与类的定义同时出现,这个表存放着该类的虚函数指针,调用的时候可以找到该类的虚函数表指针,通过虚函数表指针找到虚函数表,通过虚函数表的偏移找到函数的入口地址,从而找到要使用的虚函数。

当实例化一个该类的子类对象的时候,(如果)该类的子类并没有定义虚函数,但是却从父类中继承了虚函数,所以在实例化该类子类对象的时候也会产生一个虚函数表,这个虚函数表是子类的虚函数表,但是记录的子类的虚函数地址却是与父类的是一样的。所以通过子类对象的虚函数表指针找到自己的虚函数表,在自己的虚函数表找到的要执行的函数指针也是父类的相应函数入口的地址。

 如果我们在子类中定义了从父类继承来的虚函数,对于父类来说情况是不变的,对于子类来说它的虚函数表与之前的虚函数表是一样的,但是此时子类定义了自己的(从父类那继承来的)相应函数,所以它的虚函数表当中管于这个函数的指针就会覆盖掉原有的指向父类函数的指针的值,换句话说就是指向了自己定义的相应函数,这样如果用父类的指针,指向子类的对象,就会通过子类对象当中的虚函数表指针找到子类的虚函数表,从而通过子类的虚函数表找到子类的相应虚函数地址,而此时的地址已经是该函数自己定义的虚函数入口地址,而不是父类的相应虚函数入口地址,所以执行的将会是子类当中的虚函数。这就是多态的原理。

函数的覆盖和隐藏

父类和子类出现同名函数称为隐藏

  • 父类对象.函数函数名(...);     //调用父类的函数
  • 子类对象.函数名(...);           //调用子类的函数  
  • 子类对象.父类名::函数名(...);//子类调用从父类继承来的函数。

父类和子类出现同名虚函数称为覆盖

  • 父类指针=new 子类名(...);父类指针->函数名(...);//调用子类的虚函数。

近含有纯虚函数的类称为接口类

如果在抽象类当中仅含有纯虚函数而不含其他任何东西,我们称之为接口类。

  1. 没有任何数据成员
  2. 仅有成员函数
  3. 成员函数都是纯虚函数

class Shape { virtual double calcArea()=0//计算面积 virtual double calcPerimeter()=0//计算周长 };

实际的工作中接口类更多的表达一种能力或协议

虚析构函数的实现原理

[:->虚析构函数的特点:

  • 当我们在父类中通过virtual修饰析构函数之后,通过父类指针指向子类对象,通过delete接父类指针就可以释放掉子类对象

[:->理论前提:

  • 执行完子类的析构函数就会执行父类的析构函数

原理:

        如果父类当中定义了虚析构函数,那么父类的虚函数表当中就会有一个父类的虚析构函数的入口指针,指向的是父类的虚析构函数,子类虚函数表当中也会产生一个子类的虚析构函数的入口指针,指向的是子类的虚析构函数,这个时候使用父类的指针指向子类的对象,delete接父类指针,就会通过指向的子类的对象找到子类的虚函数表指针,从而找到虚函数表,再虚函数表中找到子类的虚析构函数,从而使得子类的析构函数得以执行,子类的析构函数执行之后系统会自动执行父类的虚析构函数。这个是虚析构函数的实现原理。

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