C++中虛函數的做用是什麼？它應該怎麼用呢？

虛函數聯繫到多態，多態聯繫到繼承。因此本文中都是在繼承層次上作文章。沒了繼承，什麼都沒得談。

下面是對C++的虛函數這玩意兒的理解。

一， 什麼是虛函數（若是不知道虛函數爲什麼物，但有急切的想知道，那你就應該從這裏開始）

簡單地說，那些被virtual關鍵字修飾的成員函數，就是虛函數。虛函數的做用，用專業術語來解釋就是實現多態性（Polymorphism），多態性是將接口與實現進行分離；用形象的語言來解釋就是實現以共同的方法，但因個體差別而採用不一樣的策略。下面來看一段簡單的代碼

class A{

public:

void print(){ cout<<」This is A」<<endl;}

};

class B:public A{

public:

void print(){ cout<<」This is B」<<endl;}

};

int main(){ //爲了在之後便於區分，我這段main()代碼叫作main1

A a;

B b;

a.print();

b.print();

}

經過class A和class B的print()這個接口，能夠看出這兩個class因個體的差別而採用了不一樣的策略，輸出的結果也是咱們預料中的，分別是This is A和This is B。但這是否真正作到了多態性呢？No，多態還有個關鍵之處就是一切用指向基類的指針或引用來操做對象。那如今就把main()處的代碼改一改。

int main(){ //main2

A a;

B b;

A* p1=&a;

A* p2=&b;

p1->print();

p2->print();

}

運行一下看看結果，喲呵，驀然回首，結果倒是兩個This is A。問題來了，p2明明指向的是class B的對象但倒是調用的class A的print()函數，這不是咱們所指望的結果，那麼解決這個問題就須要用到虛函數

class A{

public:

virtual void print(){ cout<<」This is A」<<endl;} //如今成了虛函數了

};

class B:public A{

public:

void print(){ cout<<」This is B」<<endl;} //這裏須要在前面加上關鍵字virtual嗎？

};

毫無疑問，class A的成員函數print()已經成了虛函數，那麼class B的print()成了虛函數了嗎？回答是Yes，咱們只需在把基類的成員函數設爲virtual，其派生類的相應的函數也會自動變爲虛函數。因此，class B的print()也成了虛函數。那麼對於在派生類的相應函數前是否須要用virtual關鍵字修飾，那就是你本身的問題了。

如今從新運行main2的代碼，這樣輸出的結果就是This is A和This is B了。

如今來消化一下，我做個簡單的總結，指向基類的指針在操做它的多態類對象時，會根據不一樣的類對象，調用其相應的函數，這個函數就是虛函數。

二， 虛函數是如何作到的（若是你沒有看過《Inside The C++ Object Model》這本書，但又急切想知道，那你就應該從這裏開始）

虛函數是如何作到因對象的不一樣而調用其相應的函數的呢？如今咱們就來剖析虛函數。咱們先定義兩個類

class A{ //虛函數示例代碼

public:

virtual void fun(){cout<<1<<endl;}

virtual void fun2(){cout<<2<<endl;}

};

class B:public A{

public:

void fun(){cout<<3<<endl;}

void fun2(){cout<<4<<endl;}

};

因爲這兩個類中有虛函數存在，因此編譯器就會爲他們兩個分別插入一段你不知道的數據，併爲他們分別建立一個表。那段數據叫作vptr指針，指向那個表。那個表叫作vtbl，每一個類都有本身的vtbl，vtbl的做用就是保存本身類中虛函數的地址，咱們能夠把vtbl形象地當作一個數組，這個數組的每一個元素存放的就是虛函數的地址，請看圖

經過上圖，能夠看到這兩個vtbl分別爲class A和class B服務。如今有了這個模型以後，咱們來分析下面的代碼

A *p=new A;

p->fun();

毫無疑問，調用了A::fun()，可是A::fun()是如何被調用的呢？它像普通函數那樣直接跳轉到函數的代碼處嗎？No，實際上是這樣的，首先是取出vptr的值，這個值就是vtbl的地址，再根據這個值來到vtbl這裏，因爲調用的函數A::fun()是第一個虛函數，因此取出vtbl第一個slot裏的值，這個值就是A::fun()的地址了，最後調用這個函數。如今咱們能夠看出來了，只要vptr不一樣，指向的vtbl就不一樣，而不一樣的vtbl裏裝着對應類的虛函數地址，因此這樣虛函數就能夠完成它的任務。

而對於class A和class B來講，他們的vptr指針存放在何處呢？其實這個指針就放在他們各自的實例對象裏。因爲class A和class B都沒有數據成員，因此他們的實例對象裏就只有一個vptr指針。經過上面的分析，如今咱們來實做一段代碼，來描述這個帶有虛函數的類的簡單模型。

#include<iostream>

using namespace std;

//將上面「虛函數示例代碼」添加在這裏

int main(){

void (*fun)(A*);

A *p=new B;

long lVptrAddr;

memcpy(&lVptrAddr,p,4);

memcpy(&fun,reinterpret_cast<long*>(lVptrAddr),4);

fun(p);

delete p;

system("pause");

}

用VC或Dev-C++編譯運行一下，看看結果是否是輸出3，若是不是，那麼太陽明天確定是從西邊出來。如今一步一步開始分析

void (*fun)(A*); 這段定義了一個函數指針名字叫作fun，並且有一個A*類型的參數，這個函數指針待會兒用來保存從vtbl裏取出的函數地址

A* p=new B; 這個我不太瞭解，算了，不解釋這個了

long lVptrAddr; 這個long類型的變量待會兒用來保存vptr的值

memcpy(&lVptrAddr,p,4); 前面說了，他們的實例對象裏只有vptr指針，因此咱們就放心大膽地把p所指的4bytes內存裏的東西複製到lVptrAddr中，因此複製出來的4bytes內容就是vptr的值，即vtbl的地址

如今有了vtbl的地址了，那麼咱們如今就取出vtbl第一個slot裏的內容

memcpy(&fun,reinterpret_cast<long*>(lVptrAddr),4); 取出vtbl第一個slot裏的內容，並存放在函數指針fun裏。須要注意的是lVptrAddr裏面是vtbl的地址，但lVptrAddr不是指針，因此咱們要把它先轉變成指針類型

fun(p); 這裏就調用了剛纔取出的函數地址裏的函數，也就是調用了B::fun()這個函數，也許你發現了爲何會有參數p,其實類成員函數調用時，會有個this指針，這個p就是那個this指針，只是在通常的調用中編譯器自動幫你處理了而已，而在這裏則須要本身處理。

delete p;和system("pause"); 這個我不太瞭解，算了，不解釋這個了

若是調用B::fun2()怎麼辦？那就取出vtbl的第二個slot裏的值就好了

memcpy(&fun,reinterpret_cast<long*>(lVptrAddr+4),4); 爲何是加4呢？由於一個指針的長度是4bytes，因此加4。或者memcpy(&fun,reinterpret_cast<long*>(lVptrAddr)+1,4); 這更符合數組的用法，由於lVptrAddr被轉成了long*型別，因此+1就是日後移sizeof(long)的長度

三， 以一段代碼開始

#include<iostream>

using namespace std;

class A{ //虛函數示例代碼2

public:

virtual void fun(){ cout<<"A::fun"<<endl;}

virtual void fun2(){cout<<"A::fun2"<<endl;}

};

class B:public A{

public:

void fun(){ cout<<"B::fun"<<endl;}

void fun2(){ cout<<"B::fun2"<<endl;}

}; //end//虛函數示例代碼2

int main(){

void (A::*fun)(); //定義一個函數指針

A *p=new B;

fun=&A::fun;

(p->*fun)();

fun = &A::fun2;

(p->*fun)();

delete p;

system("pause");

}

你能估算出輸出結果嗎？若是你估算出的結果是A::fun和A::fun2，呵呵，恭喜恭喜，你中圈套了。其實真正的結果是B::fun和B::fun2，若是你想不通就接着往下看。給個提示，&A::fun和&A::fun2是真正得到了虛函數的地址嗎？

首先咱們回到第二部分，經過段實做代碼，獲得一個「通用」的得到虛函數地址的方法

#include<iostream>

using namespace std;

//將上面「虛函數示例代碼2」添加在這裏

void CallVirtualFun(void* pThis,int index=0){

void (*funptr)(void*);

long lVptrAddr;

memcpy(&lVptrAddr,pThis,4);

memcpy(&funptr,reinterpret_cast<long*>(lVptrAddr)+index,4);

funptr(pThis); //調用

}

int main(){

A* p=new B;

CallVirtualFun(p); //調用虛函數p->fun()

CallVirtualFun(p,1);//調用虛函數p->fun2()

system("pause");

}

如今咱們擁有一個「通用」的CallVirtualFun方法。

這個通用方法和第三部分開始處的代碼有何聯繫呢？聯繫很大。因爲A::fun()和A::fun2()是虛函數，因此&A::fun和&A::fun2得到的不是函數的地址，而是一段間接得到虛函數地址的一段代碼的地址，咱們形象地把這段代碼看做那段CallVirtualFun。編譯器在編譯時，會提供相似於CallVirtualFun這樣的代碼，當你調用虛函數時，其實就是先調用的那段相似CallVirtualFun的代碼，經過這段代碼，得到虛函數地址後，最後調用虛函數，這樣就真正保證了多態性。同時你們都說虛函數的效率低，其緣由就是，在調用虛函數以前，還調用了得到虛函數地址的代碼。

最後的說明：本文的代碼能夠用VC6和Dev-C++4.9.8.0經過編譯，且運行無問題。其餘的編譯器小弟不敢保證。其中，裏面的類比方法只能當作模型，由於不一樣的編譯器的低層實現是不一樣的。例如this指針，Dev-C++的gcc就是經過壓棧，看成參數傳遞，而VC的編譯器則經過取出地址保存在ecx中。因此這些類比方法不能看成具體實現