1、前言
簡(jiǎn)單地說(shuō)，每一個(gè)含有虛函數(shù)（無(wú)論是其本身的，還是繼承而來(lái)的）的類都至少有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的虛函數(shù)表，其中存放著該類所有的虛函數(shù)對(duì)應(yīng)的函數(shù)指針。例：
其中：
B的虛函數(shù)表中存放著B::foo和B::bar兩個(gè)函數(shù)指針。
D的虛函數(shù)表中存放的既有繼承自B的虛函數(shù)B::foo，又有重寫（override）了基類虛函數(shù)B::bar的D::bar，還有新增的虛函數(shù)D::quz。
2、虛函數(shù)表構(gòu)造過(guò)程
從編譯器的角度來(lái)說(shuō)，B的虛函數(shù)表很好構(gòu)造，D的虛函數(shù)表構(gòu)造過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。下面給出了構(gòu)造D的虛函數(shù)表的一種方式（僅供參考）：
3. 虛函數(shù)調(diào)用過(guò)程
以下面的程序?yàn)槔?/p>
編譯器只知道pb是B*類型的指針，并不知道它指向的具體對(duì)象類型 ：pb可能指向的是B的對(duì)象，也可能指向的是D的對(duì)象。
但對(duì)于“pb->bar()”，編譯時(shí)能夠確定的是：此處operator->的另一個(gè)參數(shù)是B::bar（因?yàn)閜b是B*類型的，編譯器認(rèn)為bar是B::bar），而B::bar和D::bar在各自虛函數(shù)表中的偏移位置是相等的。
無(wú)論pb指向哪種類型的對(duì)象，只要能夠確定被調(diào)函數(shù)在虛函數(shù)中的偏移值，待運(yùn)行時(shí)，能夠確定具體類型，并能找到相應(yīng)vptr了，就能找出真正應(yīng)該調(diào)用的函數(shù)。
3、虛函數(shù)的使用
人們提出這樣的設(shè)想，能否用同一個(gè)調(diào)用形式，既能調(diào)用派生類又能調(diào)用基類的同名函數(shù)。在程序中不是通過(guò)不同的對(duì)象名去調(diào)用不同派生層次中的同名函數(shù)，而是通過(guò)指針調(diào)用它們。例如，用同一個(gè)語(yǔ)句“pt->display( );”可以調(diào)用不同派生層次中的display函數(shù)，只需在調(diào)用前給指針變量 pt 賦以不同的值(使之指向不同的類對(duì)象)即可。
打個(gè)比方，你要去某一地方辦事，如果乘坐公交車，必須事先確定目的地，然后乘坐能夠到達(dá)目的地的公交車線路。如果改為乘出租車，就簡(jiǎn)單多了，不必查行車路線，因?yàn)槌鲎廛囀裁吹胤蕉寄苋ィ灰谏宪嚭笈R時(shí)告訴司機(jī)要到哪里即可。如果想訪問多個(gè)目的地，只要在到達(dá)一個(gè)目的地后再告訴司機(jī)下一個(gè)目的地即可，顯然，“打的”要比乘公交車 方便。無(wú)論到什么地方去都可以乘同—輛出租車。這就是通過(guò)同一種形式能達(dá)到不同目的的例子。
C++中的虛函數(shù)就是用來(lái)解決這個(gè)問題的。虛函數(shù)的作用是允許在派生類中重新定義與基類同名的函數(shù)，并且可以通過(guò)基類指針或引用來(lái)訪問基類和派生類中的同名函數(shù)。
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
//聲明基類Student
class Student
{
public:
Student(int, string,float); //聲明構(gòu)造函數(shù)
void display( );//聲明輸出函數(shù)
protected: //受保護(hù)成員，派生類可以訪問
int num;
string name;
float score;
};
//Student類成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
Student::Student(int n, string nam,float s)//定義構(gòu)造函數(shù)
{
num=n;
name=nam;
score=s;
}
void Student::display( )//定義輸出函數(shù)
{
cout<<"num:"<<num<<"\nname:"<<name<<"\nscore:"<<score<<"\n\n";
}
//聲明公用派生類Graduate
class Graduate:public Student
{
public:
Graduate(int, string, float, float);//聲明構(gòu)造函數(shù)
void display( );//聲明輸出函數(shù)
private:float pay;
};
// Graduate類成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
void Graduate::display( )//定義輸出函數(shù)
{
// 該輸出相比于父類中的輸出多了一個(gè)pay
cout<<"num:"<<num<<"\nname:"<<name<<"\nscore:"<<score<<"\npay="<<pay<<endl;
}
Graduate::Graduate(int n, string nam,float s,float p):Student(n,nam,s),pay(p){}
//主函數(shù)
int main()
{
Student stud1(1001,"Li",87.5);//定義Student類對(duì)象stud1
Graduate grad1(2001,"Wang",98.5,563.5);//定義Graduate類對(duì)象grad1
Student *pt=&stud1;//定義指向基類對(duì)象的指針變量pt
pt->display( );
pt=&grad1;
pt->display( );
return 0;
}
運(yùn)行結(jié)果如下：
num:1001(stud1的數(shù)據(jù))
name:Li
score:87.5
num:2001 (grad1中基類部分的數(shù)據(jù))
name:wang
score:98.5
假如想輸出grad1的全部數(shù)據(jù)成員，當(dāng)然也可以采用這樣的方法：通過(guò)對(duì)象名調(diào)用display函數(shù)，如grad1.display()，或者定義一個(gè)指向Graduate類對(duì)象的指針變量ptr，然后使ptr指向gradl，再用ptr->display()調(diào)用。這當(dāng)然是可以的，但是如果該基類有多個(gè)派生類，每個(gè)派生類又產(chǎn)生新的派生類，形成了同一基類的類族。每個(gè)派生類都有同名函數(shù)display，在程序中要調(diào)用同一類族中不同類的同名函數(shù)，就要定義多個(gè)指向各派生類的指針變量。這兩種辦法都不方便，它要求在調(diào)用不同派生類的同名函數(shù)時(shí)采用不同的調(diào)用方式，正如同前面所說(shuō)的那樣，到不同的目的地要乘坐指定的不同的公交車，一一 對(duì)應(yīng)，不能搞錯(cuò)。如果能夠用同一種方式去調(diào)用同一類族中不同類的所有的同名函數(shù)，那就好了。
用虛函數(shù)就能順利地解決這個(gè)問題。下面對(duì)程序作一點(diǎn)修改，在Student類中聲明display函數(shù)時(shí)，在最左面加一個(gè)關(guān)鍵字virtual，即
virtual void display( );
這樣就把Student類的display函數(shù)聲明為虛函數(shù)。程序其他部分都不改動(dòng)。再編譯和運(yùn)行程序，請(qǐng)注意分析運(yùn)行結(jié)果：
num:1001(stud1的數(shù)據(jù))
name:Li
score:87.5
num:2001 (grad1中基類部分的數(shù)據(jù))
name:wang
score:98.5
pay=1200 (這一項(xiàng)以前是沒有的)
看！這就是虛函數(shù)的奇妙作用?，F(xiàn)在用同一個(gè)指針變量（指向基類對(duì)象的指針變量），不但輸出了學(xué)生stud1的全部數(shù)據(jù)，而且還輸出了研究生grad1的全部數(shù)據(jù)，說(shuō)明已調(diào)用了grad1的display函數(shù)。用同一種調(diào)用形式“pt->display()”，而且pt是同一個(gè)基類指針，可以調(diào)用同一類族中不同類的虛函數(shù)。這就是多態(tài)性，對(duì)同一消息，不同對(duì)象有 不同的響應(yīng)方式。
1、在基類用virtual聲明成員函數(shù)為虛函數(shù)。
這樣就可以在派生類中重新定義此函數(shù)，為它賦予新的功能，并能方便地被調(diào)用。在類外定義虛函數(shù)時(shí)，不必再加virtual。
2、在派生類中重新定義此函數(shù)，要求函數(shù)名、函數(shù)類型、函數(shù)參數(shù)個(gè)數(shù)和類型全部與基類的虛函數(shù)相同，并根據(jù)派生類的需要重新定義函數(shù)體。
C++規(guī)定，當(dāng)一個(gè)成員函數(shù)被聲明為虛函數(shù)后，其派生類中的同名函數(shù)都自動(dòng)成為虛函數(shù)。因此在派生類重新聲明該虛函數(shù)時(shí)，可以加virtual，也可以不加，但習(xí)慣上一般在每一層聲明該函數(shù)時(shí)都加virtual，使程序更加清晰。如果在派生類中沒有對(duì)基類的虛函數(shù)重新定義，則派生類簡(jiǎn)單地繼承其直接基類的虛函數(shù)。
3、定義一個(gè)指向基類對(duì)象的指針變量，并使它指向同一類族中需要調(diào)用該函數(shù)的對(duì)象。
通過(guò)該指針變量調(diào)用此虛函數(shù)，此時(shí)調(diào)用的就是指針變量指向的對(duì)象的同名函數(shù)。
4、通過(guò)虛函數(shù)與指向基類對(duì)象的指針變量的配合使用，就能方便地調(diào)用同一類族中不同類的同名函數(shù).
只要先用基類指針指向即可。如果指針不斷地指向同一類族中不同類的對(duì)象，就能不斷地調(diào)用這些對(duì)象中的同名函數(shù)。這就如同前面說(shuō)的，不斷地告訴出租車司機(jī)要去的目的地，然后司機(jī)把你送到你要去的地方。
需要說(shuō)明；有時(shí)在基類中定義的非虛函數(shù)會(huì)在派生類中被重新定義(如例12.1中的area函數(shù))，如果用基類指針調(diào)用該成員函數(shù)，則系統(tǒng)會(huì)調(diào)用對(duì)象中基類部分的成員函數(shù)；如果用派生類指針調(diào)用該成員函數(shù)，則系統(tǒng)會(huì)調(diào)用派生類對(duì)象中的成員函數(shù)，這并不是多態(tài)性行為(使用的是不同類型的指針)，沒有用到虛函數(shù)的功能。
虛函數(shù)表的布局
原文鏈接：https://blog.csdn.net/castle_kao/article/details/71024411
- 一個(gè)對(duì)象實(shí)例只有一個(gè)虛函數(shù)表，只有一個(gè)虛基類表。
- 對(duì)象的每個(gè)基類都有一個(gè)屬于自己的虛函數(shù)表指針（vfptr）指向虛函數(shù)表(vftbl)的某一項(xiàng)，都有一個(gè)屬于自己的虛基類表指針(vbptr)指向虛基類表(vbtbl)的某一項(xiàng)。
- 虛函數(shù)表中按照對(duì)象繼承的順序排列對(duì)象的虛函數(shù)地址，虛基類表中按照對(duì)象繼承的順序排列對(duì)象的直接虛繼承類到虛基類的偏移。
- 當(dāng)基類無(wú)虛函數(shù)，且派生類有獨(dú)立虛函數(shù)時(shí)，派生類對(duì)象起始位置為自己的虛函數(shù)表指針。否則派生類的虛函數(shù)會(huì)歸到第一個(gè)帶虛函數(shù)表指針的基類的虛函數(shù)表指向范圍，這樣就節(jié)省了一個(gè)vfptr的空間。
class B
{
public:
int ib;
char cb;
public:
B() :ib(0), cb('B') {}
virtual void f() { cout << "B::f()" << endl; }
virtual void Bf() { cout << "B::Bf()" << endl; }
};
class B1 : virtual public B
{
public:
int ib1;
char cb1;
public:
B1() :ib1(11), cb1('1') {}
virtual void f() { cout << "B1::f()" << endl; }
virtual void f1() { cout << "B1::f1()" << endl; }
virtual void Bf1() { cout << "B1::Bf1()" << endl; }
};
class B2 : virtual public B
{
public:
int ib2;
char cb2;
public:
B2() :ib2(12), cb2('2') {}
virtual void f() { cout << "B2::f()" << endl; }
virtual void f2() { cout << "B2::f2()" << endl; }
virtual void Bf2() { cout << "B2::Bf2()" << endl; }
};
class D : public B1, public B2
{
public:
int id;
char cd;
public:
D() :id(100), cd('D') {}
virtual void f() { cout << "D::f()" << endl; }
virtual void f1() { cout << "D::f1()" << endl; }
virtual void f2() { cout << "D::f2()" << endl; }
virtual void Df() { cout << "D::Df()" << endl; }
};
