C++多态及虚函数的理解和使用

C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。关于多态，简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例，然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。这种技术可以让父类的指针有“多种形态”，这是一种泛型技术。所谓泛型技术，说白了就是试图使用不变的代码来实现可变的算法。比如：模板技术，RTTI技术，虚函数技术，要么是试图做到在编译时决议，要么试图做到运行时决议。


关于虚函数的使用方法，我在这里不做过多的阐述。大家可以看看相关的C++的书籍。在这篇文章中，我只想从虚函数的实现机制上面为大家 一个清晰的剖析。


当然，相同的文章在网上也出现过一些了，但我总感觉这些文章不是很容易阅读，大段大段的代码，没有图片，没有详细的说明，没有比较，没有举一反三。不利于学习和阅读，所以这是我想写下这篇文章的原因。也希望大家多给我提意见。


言归正传，让我们一起进入虚函数的世界。  


虚函数表


对C++ 了解的人都应该知道虚函数（Virtual Function）是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的。简称为V-Table。 在这个表中，主是要一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、覆盖的问题，保证其容真实反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了 这个实例的内存中，所以，当我们用父类的指针来操作一个子类的时候，这张虚函数表就显得由为重要了，它就像一个地图一样，指明了实际所应该调用的函数。


这里我们着重看一下这张虚函数表。在C++的标准规格说明书中说到，编译器必需要保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置（这是为了保证正确取到虚函数的偏移量）。 这意味着我们通过对象实例的地址得到这张虚函数表，然后就可以遍历其中函数指针，并调用相应的函数。


听我扯了那么多，我可以感觉出来你现在可能比以前更加晕头转向了。 没关系，下面就是实际的例子，相信聪明的你一看就明白了。


假设我们有这样的一个类： 


class Base { 


public: 


virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }


virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }


virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }


}; 


按照上面的说法，我们可以通过Base的实例来得到虚函数表。 下面是实际例程：


typedef void(*Fun)(void);


Base b; 


Fun pFun = NULL;  


cout << "虚函数表地址：" << (int*)(&b) << endl;

cout << "虚函数表 — 第一个函数地址：" << (int*)*(int*)(&b) << endl;

#include<iostream>using namespace std;class Base{public:Base() { va = 0; vb = 0; }Base(int a,int b) { va = a; vb = b; }void set_va(int a) { va = a; }void set_vb(int b) { vb = b; }int get_va() { return va; }int get_vb() { return vb; }virtual void print();~Base() {};private:int va;int vb;};void Base::print(){cout << "va = " << va << endl;cout << "vb = " << vb << endl;}class Derived : public Base{private:int vc;public:Derived();Derived(int a, int b, int c);int get_vc() { return vc; }void set_vc(int c) { vc = c; }void print();};Derived::Derived(): Base(){vc = 0;}Derived::Derived(int a, int b, int c) : Base(a, b){vc = c;}void Derived::print(){Base::print();cout << "vc = " << vc << endl;}int main(){cout << "Base class:\n";Base x(10, 20);x.print();cout << "Derived class:\n";Derived y(30, 40, 50);x.print();Base *T;T = &x;T->print();T = &y;T->print();return 0;}