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一.简介 虚函数是C++中用于实现多态(polymorphism)的机制。核心理念就是通过基类访问派生类定义的函数。假设我们有下面的类层次: class A { public: virtual void foo() { cout << "A::foo() is called" << endl; } }; { public: virtual void foo() { cout << "B::foo() is called" << endl; } }; 那么,在使用的时候,我们可以:A * a = new B(); a->foo(); // 在这里,a虽然是指向A的指针,但是被调用的函数(foo)却是B的! 这个例子是虚函数的一个典型应用,通过这个例子,也许你就对虚函数有了一些概念。它虚就虚在所谓“推迟联编”或者“动态联编”上,一个类函数的调用并不是在编译时刻被确定的,而是在运行时刻被确定的。由于编写代码的时候并不能确定被调用的是基类的函数还是哪个派生类的函数,所以被成为“虚”函数。 class A { public: virtual void foo(); }; class B: public A { virtual void foo(); }; { A a; a.foo(); // A::foo()被调用 } 1.1 多态 在了解了虚函数的意思之后,再考虑什么是多态就很容易了。仍然针对上面的类层次,但是使用的方法变的复杂了一些:void bar(A * a) { a->foo(); // 被调用的是A::foo() 还是B::foo()? } 因为foo()是个虚函数,所以在bar这个函数中,只根据这段代码,无从确定这里被调用的是A::foo()还是B::foo(),但是可以肯定的说:如果a指向的是A类的实例,则A::foo()被调用,如果a指向的是B类的实例,则B::foo()被调用。 1.3 如何“动态联编” 编译器是如何针对虚函数产生可以再运行时刻确定被调用函数的代码呢?也就是说,虚函数实际上是如何被编译器处理的呢?Lippman在深度探索C++对象模型[1]中的不同章节讲到了几种方式,这里把“标准的”方式简单介绍一下。 void bar(A * a) { a->foo(); } 会被改写为: void bar(A * a) { (a->vptr[1])(); } 因为派生类和基类的foo()函数具有相同的VTABLE索引,而他们的vptr又指向不同的VTABLE,因此通过这样的方法可以在运行时刻决定调用哪个foo()函数。 class A { public: virtual void foo(); }; 这种情况下,B::foo()是虚函数,C::foo()也同样是虚函数。因此,可以说,基类声明的虚函数,在派生类中也是虚函数,即使不再使用virtual关键字。 class A { public: virtual void foo()=0; // =0标志一个虚函数为纯虚函数 }; 一个函数声明为纯虚后,纯虚函数的意思是:我是一个抽象类!不要把我实例化!纯虚函数用来规范派生类的行为,实际上就是所谓的“接口”。它告诉使用者,我的派生类都会有这个函数。 class A { public: virtual ~A()=0; // 纯虚析构函数 };
当一个类打算被用作其它类的基类时,它的析构函数必须是虚的。考虑下面的例子: class A { public: A() { ptra_ = new char[10];} ~A() { delete[] ptra_;} // 非虚析构函数 private: char * ptra_; }; ~B() { delete[] ptrb_;} private: char * ptrb_; }; 在这个例子中,程序也许不会象你想象的那样运行,在执行delete a的时候,实际上只有A::~A()被调用了,而B类的析构函数并没有被调用!这是否有点儿可怕? 3.1 private的虚函数 考虑下面的例子: class A { public: void foo() { bar();} private: virtual void bar() { ...} }; { private: virtual void bar() { ...} }; 在这个例子中,虽然bar()在A类中是private的,但是仍然可以出现在派生类中,并仍然可以与public或者protected的虚函数一样产生多态的效果。并不会因为它是private的,就发生A::foo()不能访问B::bar()的情况,也不会发生B::bar()对A::bar()的override不起作用的情况。 class A { public: A() { foo();} // 在这里,无论如何都是A::foo()被调用! ~A() { foo();} // 同上 virtual void foo(); }; { public: virtual void foo(); }; { A * a = new B; delete a; } 如果你希望delete a的时候,会导致B::foo()被调用,那么你就错了。同样,在new B的时候,A的构造函数被调用,但是在A的构造函数中,被调用的是A::foo()而不是B::foo()。 另外一个例子就是集合操作,假设你有一个以A类为基类的类层次,又用了一个std::vector来保存这个类层次中不同类的实例指针,那么你一定希望在对这个集合中的类进行操作的时候,不要把每个指针再cast回到它原来的类型(派生类),而是希望对他们进行同样的操作。那么就应该将这个“一样的操作”声明为virtual。 附:C++中的虚函数和纯虚函数用法 1.虚函数和纯虚函数可以定义在同一个类(class)中,含有纯虚函数的类被称为抽象类(abstract class),而只含有虚函数的类(class)不能被称为抽象类(abstract class)。 6.如果一个类中含有纯虚函数,那么任何试图对该类进行实例化的语句都将导致错误的产生,因为抽象基类(ABC)是不能被直接调用的。必须被子类继承重载以后,根据要求调用其子类的方法。 class Virtualbase { public: virtual void Demon()= 0; //prue virtual function virtual void Base() {cout<<"this is farther class"<}; //sub class void main() { Virtualbase* inst = new SubVirtual(); //multstate pointer inst->Demon(); inst->Base(); // inst = new Virtualbase(); // inst->Base() return ; } |
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