虚函数的作用及其底层实现机制

http://blog.csdn.net/iFuMI/article/details/51088091

1. C++中虚函数的作用和多态

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虚函数： 实现类的多态性

关键字：虚函数；虚函数的作用；多态性；多态公有继承；动态联编

C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。基类定义虚函数，子类可以重写该函数；在派生类中对基类定义的虚函数进行重写时，需要再派生类中声明该方法为虚方法。

当子类重新定义了父类的虚函数后，当父类的指针指向子类对象的地址时，[即B b; A a = &b;] 父类指针根据赋给它的不同子类指针，动态的调用子类的该函数，而不是父类的函数（如果不使用virtual方法，请看后面★*），且这样的函数调用发生在运行阶段，而不是发生在编译阶段，称为动态联编。而函数的重载可以认为是多态，只不过是静态的。注意，非虚函数静态联编，效率要比虚函数高，但是不具备动态联编能力。

★如果使用了virtual关键字，程序将根据引用或指针指向的 对 象 类 型 来选择方法，否则使用引用类型或指针类型来选择方法。

下面的例子解释动态联编性：

    class A{    private:        int i;    public:        A();        A(int num) :i(num) {};        virtual void fun1();        virtual void fun2();    };    class B : public A{    private:        int j;    public:        B(int num) :j(num){};        virtual void fun2();// 重写了基类的方法    };    // 为方便解释思想，省略很多代码    A a(1);    B b(2);    A *a1_ptr = &a;    A *a2_ptr = &b;    // 当派生类“重写”了基类的虚方法，调用该方法时    // 程序根据 指针或引用 指向的  “对象的类型”来选择使用哪个方法    a1_ptr->fun2();// call A::fun2();    a2_ptr->fun2();// call B::fun1();    // 否则    // 程序根据“指针或引用的类型”来选择使用哪个方法    a1_ptr->fun1();// call A::fun1();    a2_ptr->fun1();// call A::fun1();

2. 虚函数的底层实现机制

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实现原理：虚函数表+虚表指针

关键字：虚函数底层实现机制；虚函数表；虚表指针

编译器处理虚函数的方法是：为每个类对象添加一个隐藏成员，隐藏成员中保存了一个指向函数地址数组的指针，称为虚表指针（vptr），这种数组成为虚函数表（virtual function table, vtbl），即，每个类使用一个虚函数表，每个类对象用一个虚表指针。

举个例子：基类对象包含一个虚表指针，指向基类中所有虚函数的地址表。派生类对象也将包含一个虚表指针，指向派生类虚函数表。看下面两种情况：

• 如果派生类重写了基类的虚方法，该派生类虚函数表将保存重写的虚函数的地址，而不是基类的虚函数地址。

• 如果基类中的虚方法没有在派生类中重写，那么派生类将继承基类中的虚方法，而且派生类中虚函数表将保存基类中未被重写的虚函数的地址。注意，如果派生类中定义了新的虚方法，则该虚函数的地址也将被添加到派生类虚函数表中。

下面的图片体现了上述的底层实现机制：