C++中的虚函数

虚函数是在基类中声明并由派生类重新定义(重写)的成员函数。当您使用指针或对基类的引用来引用派生类对象时，可以为该对象调用一个虚函数并执行该派生类的函数版本。

• 虚函数可确保为对象调用正确的函数，而与用于函数调用的引用(或指针)的类型无关。
• 它们主要用于实现运行时多态
• 函数在基类中使用虚拟关键字声明。
• 函数调用的解析在运行时完成。

虚拟功能规则

1. 虚函数不能是静态的。
2. 虚函数可以是另一个类的朋友函数。
3. 应该使用基类类型的指针或引用来访问虚拟函数，以实现运行时多态。
4. 虚拟函数的原型在基类和派生类中都应相同。
5. 它们始终在基类中定义，并在派生类中被覆盖。不必强制派生类重写(或重新定义虚函数)，在这种情况下，将使用该函数的基类版本。
6. 一个类可能具有虚拟析构函数，但不能具有虚拟构造函数。

虚函数的编译时(早期绑定)与运行时(后期绑定)行为

考虑以下显示虚拟功能运行时行为的简单程序。

CPP

// CPP program to illustrate
// concept of Virtual Functions
 
#include 
using namespace std;
 
class base {
public:
    virtual void print()
    {
        cout << "print base class" << endl;
    }
 
    void show()
    {
        cout << "show base class" << endl;
    }
};
 
class derived : public base {
public:
    void print()
    {
        cout << "print derived class" << endl;
    }
 
    void show()
    {
        cout << "show derived class" << endl;
    }
};
 
int main()
{
    base* bptr;
    derived d;
    bptr = &d;
 
    // virtual function, binded at runtime
    bptr->print();
 
    // Non-virtual function, binded at compile time
    bptr->show();
}

输出：

print derived class
show base class

说明：运行时多态只能通过基类类型的指针(或引用)来实现。同样，基类指针可以指向基类的对象以及派生类的对象。在上面的代码中，基类指针bptr包含派生类的对象d的地址。
后期绑定(运行时)是根据指针的内容(即指针指向的位置)完成的，而早期绑定(编译时)是根据指针的类型完成的，因为print()函数是使用virtual关键字声明的，因此将在运行时绑定(输出是打印派生类，因为指针指向派生类的对象)，而show()是非虚拟的，因此它将在编译时绑定(输出是显示基类，因为指针是基类的)类型 )。
注意：如果我们在基类中创建了虚函数，并且在派生类中将其重写，则在派生类中不需要virtual关键字，则函数会自动视为派生类中的虚函数。

虚拟功能的工作(VTABLE和VPTR的概念)
如此处所讨论的，如果一个类包含一个虚函数，那么编译器本身会做两件事：

1. 如果创建了该类的对象，则将虚拟指针(VPTR)作为该类的数据成员插入，以指向该类的VTABLE。对于创建的每个新对象，将插入一个新的虚拟指针作为该类的数据成员。
2. 无论是否创建对象，函数指针的静态数组都称为VTABLE ，其中每个单元格包含该类中包含的每个虚函数的地址。

考虑下面的示例：

CPP

// CPP program to illustrate
// working of Virtual Functions
#include 
using namespace std;
 
class base {
public:
    void fun_1() { cout << "base-1\n"; }
    virtual void fun_2() { cout << "base-2\n"; }
    virtual void fun_3() { cout << "base-3\n"; }
    virtual void fun_4() { cout << "base-4\n"; }
};
 
class derived : public base {
public:
    void fun_1() { cout << "derived-1\n"; }
    void fun_2() { cout << "derived-2\n"; }
    void fun_4(int x) { cout << "derived-4\n"; }
};
 
int main()
{
    base* p;
    derived obj1;
    p = &obj1;
 
    // Early binding because fun1() is non-virtual
    // in base
    p->fun_1();
 
    // Late binding (RTP)
    p->fun_2();
 
    // Late binding (RTP)
    p->fun_3();
 
    // Late binding (RTP)
    p->fun_4();
 
    // Early binding but this function call is
    // illegal(produces error) becasue pointer
    // is of base type and function is of
    // derived class
    // p->fun_4(5);
}

输出：

base-1
derived-2
base-3
base-4

说明：最初，我们创建一个基类类型的指针，并使用派生类对象的地址对其进行初始化。当我们创建派生类的对象时，编译器会创建一个指针，作为包含该派生类的VTABLE地址的类的数据成员。
上例中使用了后期绑定和早期绑定的类似概念。对于fun_1()函数调用，函数基类版本被调用，fun_2()被覆盖在派生类所以派生类版本被调用，fun_3()不是在派生类中重写和是虚函数所以基类版本被调用时，同样，fun_4()不会被覆盖，因此将调用基类版本。

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