浅谈C++ 虚函数分析

虚函数调用属于运行时多态，在类的继承关系中，通过父类指针来调用不同子类对象的同名方法，而产生不同的效果。 C++ 中的多态是通过晚绑定（对象构造时）来实现的。 用法 在函数之前声明关键字 virtual 表示这是一个虚函数，在函数后增加一个 = 0 表示这是一个纯虚函数，纯虚函数的类不能创建具体实例。 该示例作后文分析使用，一个包含纯虚函数的父类，一个重写了父类方法的子类，一个无继承的类。 struct Base { Base() : val(7777) {} virtual int fuck(int a) = 0; int val; }; struct Der : public C++中的虚函数是实现运行时多态性的重要机制，它允许通过基类指针或引用调用子类重写的同名方法。这种机制在面向对象编程中非常关键，因为它使得设计更加灵活，允许在不指定具体类型的情况下调用特定的行为。 虚函数的声明是在函数前加上`virtual`关键字。例如，`virtual int fuck(int a)`声明了一个虚函数，该函数接受一个整型参数并返回一个整型值。如果在函数后加上`= 0`，如`virtual int fuck(int a) = 0;`，则该函数成为纯虚函数。纯虚函数的类称为抽象类，不能用于创建实例，但可以作为其他类的基类，这些子类必须实现纯虚函数，否则也将成为抽象类。 在给定的代码示例中，`Base`是一个包含纯虚函数`fuck`的抽象类，`Der`是`Base`的子类，它重写了`fuck`函数。`A`类没有继承关系，也没有虚函数。在`main`函数中，我们创建了一个`Der`对象`der`，然后通过基类指针`pbase`调用`fuck`函数。由于`Base`中的`fuck`是虚函数，所以实际调用的是`Der`类的`fuck`实现，这就是多态性的体现。 虚函数的实现依赖于虚表（Virtual Table，VTBL）。虚表是一个由编译器自动生成的隐含的数据结构，包含了类中虚函数的指针。在类的每个实例中，都有一个指向虚表的指针。当通过基类指针调用虚函数时，实际上是通过这个指针找到虚表，然后根据虚表中的函数指针来调用正确的函数实现。 在反汇编代码中，可以看到`Base`构造函数的部分，它将虚表的地址存储在对象实例的内存中，并且在`Der`的构造函数中，没有额外的操作，因为`Base`的虚函数没有实现，直接调用会导致程序异常。`Der::fuck`函数的实现则是直接访问成员变量`val`并进行计算。 `Der`类重写了`Base`的虚函数`fuck`，在调用`pbase->fuck(sizeof(Der))`时，程序实际执行的是`Der::fuck(int a)`。这是因为编译器在构建对象时，已经为虚函数指针设置了正确的地址，即`Der`类的`fuck`函数地址。这就是C++的晚绑定（Dynamic Binding 或 Late Binding）特性，也称为多态性。 C++的虚函数机制使得我们可以使用基类接口调用子类的方法，从而实现了动态绑定。这种机制在设计模式如工厂模式、策略模式以及各种接口中广泛应用。理解虚函数的工作原理，包括虚表的使用，对于编写高效、灵活的C++代码至关重要。同时，需要注意的是，虚函数会带来一定的性能开销，因为涉及到额外的寻址步骤，所以在不需要多态性的地方应避免使用虚函数。