C++虚函数与虚函数表

       C++有个玩意叫虚函数，它的样子和普通的函数基本一样，只不过在函数前面加一个virtual关键字。它是干什么用的呢？先上一段简短的代码，结合代码来代来说明，例如有一个类People:

class People{public:People(string name){this->name = name;}virtual void showName(){cout << "The People's name is " << name << endl;}protected:string name;};

       然后有个类Student继承它：

class Student : public People{public:Student(string name):People(name){}};

       如果我创建一个People类的指针，让它指向一个Student类的对象，用该指针调用showName：

People *people = new Student("Kenney Qin");people->showName();

       它就会打印出：The People's name is Kenney Qin

       如果我把Student类也写一个形式和People类中一样的函数showName：

class Student : public People{public:Student(string name):People(name){}void showName(){cout << "The Student's name is " << name << endl;}};

       这时再运行刚才的代码，打印出来的是：The Student's name is Kenney Qin

 也就是说，它会先去看子类有没有覆盖了这个虚函数，如果覆盖了，那么就调用子类的，否则就调用基类的，这样就很方便，可以为基类的一些函数提供默认的实现，如果用户想自己去实现，那就会调用用户自己实现的，如果用户不想自己去实现，那就调用默认的。这里注意一点，必须用指针去调用函数，才能有这种效果，如果是用类的对象去调用，就不行，例如下面这样：

People people = Student("Kenney Qin");people.showName();

       那么它就不会调用Student里的showName，运行结果是打印出：The People's name is Kenney Qin

 虚函数是C++中实现多态性的手段，而多态性又是面向对象编程的重要特性，由此可见虚函数的重要性。既然它这么重要，我们不仅要学会如何使用，更要知道其原理，下面说说它是如何实现的。

 首先有个概念，叫“虚函数表”，它是用来记录类中所声明的虚函数的地址，不仅基类会有一张虚函数表，派生类也有一张，而且如果派生类中没有覆盖基类中的虚函数时，派生类的虚函数表中的虚函数的地址就和基类中的一样，下面来看一张图，引自《C++ Primer》：

 上图中，有两个类，Scientist类和Physicist类，每个类分别有一张虚函数表，虚函数表的地址是作为一个隐藏的成员存储在类中，这样类的指针就能找到虚函数表在哪，进而从表中找到虚函数的地址，Scientist类和Physicist类的虚函数表的地址分别是2008和2096。在Scientist类中，有两个虚函数，show_name和show_all，在Scientist类的虚函数表中就会记录这两个虚函数的地址，在上图中分别是4064和6400。而在Physicist类中，show_all覆盖了基类的虚函数show_all，并且增加了一个新的虚函数show_field，那么Physicist类的虚函数表中所记录的就是3个地址，分别是从基类中继承而来的虚函数show_name的地址，覆盖了基类中虚函数show_all的那个函数的地址（也就是Physicist类中的show_all的地址），以及show_field的地址。因此，在Physicist类中，show_name函数的地址和基类是一样的，而由于覆盖基类中的show_all虚函数，所以Physicist类中的show_all函数有一个新的地址，此时这里的show_all函数和基类中的show_all就不一样了，它们完全可以有不同的实现。图的最下面是一个调用的例子，把一个Scientist指针指向一个Physicist对象，然后用该指针调用show_all，到底是调用基类的show_all还是派生类的show_all呢？那么就去看虚函数表，是看Scientist类的虚函数表还是看Physicist类的虚函数表呢？是看Physicist类的虚函数表，为什么类？虽然指针是Scientist类，它但指向的是一个Physicist类的对象，指针本身只存储一个地址而已，类的信息都存储在Physicist类的对象那里，所以自然是看Physicist类的虚函数表。因此从Physicist的成员中找到虚函数表的地址2096，然后在地址2096处找到虚函数表，从表中找到show_all函数的地址，是6820，不知道大家有没有发现，虚函数表中的虚函数是按在类中声明的顺序排下来的，先排基类，然后排派生类，如果有覆盖就直接覆盖，换成新的地址，否则就继续往后排。找到了show_all函数的地址6820后，就可以跳到这个地址去执行这个函数了~