C++學習筆記——虛函數

基本概念

虛函數是在某基類中聲明爲 virtual 並在一個或多個派生類中被從新定義的成員函數，用法格式爲：

virtual 函數返回類型 函數名（參數表） {函數體}；

C++中用它來實現多態性，經過指向派生類的基類指針或引用，訪問派生類中同名覆蓋成員函數。

虛函數實現機制

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 voidfun(){cout<<1<<endl;}
virtual voidfun2(){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

經過左圖，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");
return 0;
}

用VC或Dev-C++編譯運行一下，看看結果：輸出3。

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; new B是向內存（內存分5個區：全局名字空間，自由存儲區，寄存器，代碼空間，棧）自由存儲區申請一個內存單元的地址而後隱式地保存在一個指針中，而後把這個地址賦值給A類型的指針P；

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; 釋放由p指向的自由空間；

system("pause"); 屏幕暫停；

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

定義虛函數的限制

（1）非類的成員函數不能定義爲虛函數，類的成員函數中靜態成員函數和構造函數也不能定義爲虛函數，但能夠將析構函數定義爲虛函數。實際上，優秀的程序員經常把基類的析構函數定義爲虛函數。由於，將基類的析構函數定義爲虛函數後，當利用delete刪除一個指向派生類定義的對象指針時，系統會調用相應的類的析構函數。而不將析構函數定義爲虛函數時，只調用基類的析構函數。

（2）只須要在聲明函數的類體中使用關鍵字「virtual」將函數聲明爲虛函數，而定義函數時不須要使用關鍵字「virtual」。

（3）當將基類中的某一成員函數聲明爲虛函數後，派生類中的同名函數自動成爲虛函數。

（4）若是聲明瞭某個成員函數爲虛函數，則在該類中不能出現和這個成員函數同名而且返回值、參數個數、類型都相同的非虛函數。在以該類爲基類的派生類中，也不能出現這種同名函數。

虛函數和繼承

虛函數聯繫到多態，多態聯繫到繼承。

繼承有如下三種方式：

public	基類的public和protected的成員被派生類繼承後，保持原來的狀態
private	基類的public和protected的成員被派生類繼承後，變成派生類的private成員
protected	基類的public和protected的成員被派生類繼承後，變成派生類的protected成員

注：不管何種繼承方式，基類的private成員都不能被派生類訪問。

從上面的表中能夠看出：

聲明爲public的方法和屬性能夠被隨意訪問；

聲明爲protected的方法和屬性只能被類自己和其子類訪問；

而聲明爲private的方法和屬性只能被當前類的對象訪問。