虚函数
C++基础问题
C++基础问题1. 虚函数虚函数是在某个基类声明为virtual并在⼀个或多个派⽣类中重新定义的成员函数。
虚函数是C++多态的基础，通过指向类的指针或引⽤调⽤，调⽤的⽅式是动态联编，到运⾏时才确定调⽤的是该虚函数的哪⼀个实现。
⾮虚函数是静态联编，在编译时刻系统就能根据指针类型确定调⽤的函数。
虚函数⼀般会有⼀个默认实现，还有⼀种函数叫做纯虚函数，纯虚函数可以只声明不定义，带有纯虚函数的类不能实例化，相当于JAVA中的接⼝。
2. 虚函数的实现⼀旦某个类中含有虚函数，编译器会在该类的实例中插⼊⼀个指针，指向虚函数表。
虚函数表的作⽤就是保存⾃⼰类中虚函数的地址，我们可以将虚函数表看出⼀个数组，数组中的每⼀个元素存放的是虚函数的地址，⼀个虚函数可能会有多种实现，虚函数表中记录的是继承序列中，最接近该⼦类的那个。
被重写的虚函数会在虚函数表中得到更新。
假如某个⼦类有n个⽗类，那么他就有n个虚函数表。
3. 虚继承c++允许多重继承，但多重继承可能会出现菱形继承。
菱形继承的问题在于⼦类调⽤某个成员变量时会出现歧义。
为了解决这个问题，c++基础虚继承的概念，即虚基类的实例只在⼦类中保存⼀个实体。
这个实体有虚基类的虚函数表和变量，放在⼦类实例最下⾯的位置。
4. static, const, extern 的特性static 的⼀个特性是隐藏，static修饰的函数或变量在其他⽂件是不可见的。
static修饰的成员变量和成员函数属于整个类，⽽独⽴于类的实例。
对于每⼀个静态成员只存储⼀份供所有类的实例使⽤。
const 修饰的变量，默认是隐藏，可通过 extern修饰使得全局可见。
编译器通常不为普通 const 常量分配存储空间，⽽是将他们保持在符号表中，这使它成为编译期间的⼀个常量，存储不需要内存操作，所以效率⽐较⾼。
5. malloc free, new delete 的异同都可以分配，回收空间new是类型安全的， int *p = new float[2] 能检测出错误。
虚函数原理
虚函数原理虚函数是 C++ 中一个非常重要的特性，它为面向对象编程提供了很强的支持。
虚函数的实现原理是通过虚函数表实现的，本文将介绍虚函数的概念、使用方法以及实现原理。
一、虚函数概念虚函数是指在基类中使用 virtual 关键字声明的成员函数，它的作用是允许在子类中对该函数进行覆盖。
具体来说，虚函数允许在子类中定义一个与基类中同名的函数，当使用子类对象调用该函数时，程序会动态的选择调用子类中的函数。
虚函数的语法如下：```class Base {public:virtual void foo();};```虚函数可以被重写（覆盖），也可以被继承，但是不能被 static 和 friend 修饰。
二、虚函数的使用使用虚函数需要满足一下条件：1.虚函数必须在公有的类成员函数列表中声明，并在类声明的内部定义。
2.虚函数必须在基类和派生类中以相同的参数列表进行定义。
下面是一个使用虚函数的简单例子：class Square: public Shape {public:Square(double s) : side(s) {}double getArea() { return side * side; }Shape 是一个基类，Square 是它的一个派生类，Square 中重写了 getArea() 函数，计算正方形的面积。
虚函数的实现原理是通过虚函数表实现的。
虚函数表是一个指针数组，存储了每个类中的虚函数指针。
当对象被创建时，会在其内存空间中创建一个指向虚函数表的指针，这个指针通常称为虚函数表指针（vptr），虚函数的调用就是通过这个指针完成的。
每个含有虚函数的类都有一个独立的虚函数表，虚函数表智能在类的第一个对象中存储，它包含了该类中所有虚函数的地址。
在派生类中，虚函数表通常继承自它的直接基类，并在此基础上添加或修改虚函数的地址。
这样如果在派生类对象中调用虚函数时，程序会先获得对象的虚函数表指针，然后通过该指针找到对应的虚函数地址来执行函数。
虚函数
虚函数定义虚函数必须是基类的非静态成员函数，其访问权限可以是protected或public，在基类的类定义中定义虚函数的一般形式：virtual 函数返回值类型虚函数名（形参表）{ 函数体}作用虚函数的作用是实现动态联编，也就是在程序的运行阶段动态地选择合适的成员函数，在定义了虚函数后，可以在基类的派生类中对虚函数重新定义，在派生类中重新定义的函数应与虚函数具有相同的形参个数和形参类型。
以实现统一的接口，不同定义过程。
如果在派生类中没有对虚函数重新定义，则它继承其基类的虚函数。
当程序发现虚函数名前的关键字virtual后，会自动将其作为动态联编处理，即在程序运行时动态地选择合适的成员函数。
动态联编规定，只能通过指向基类的指针或基类对象的引用来调用虚函数，其格式：指向基类的指针变量名->虚函数名（实参表）或基类对象的引用名. 虚函数名（实参表）虚函数是C++多态的一种表现例如：子类继承了父类的一个函数（方法），而我们把父类的指针指向子类，则必须把父类的该函数（方法）设为virturl（虚函数)。
使用虚函数，我们可以灵活的进行动态绑定，当然是以一定的开销为代价。
如果父类的函数（方法）根本没有必要或者无法实现，完全要依赖子类去实现的话，可以把此函数（方法）设为virturl 函数名=0 我们把这样的函数（方法）称为纯虚函数。
如果一个类包含了纯虚函数，称此类为抽象类。
示例虚函数的实例：#include<iostream.h>class Cshape{public:void SetColor( int color) { m_nColor=color;}void virtual Display( void) { cout<<"Cshape"<<endl; }private:int m_nColor;};class Crectangle: public Cshape{public:void virtual Display( void) { cout<<"Crectangle"<<endl; } };class Ctriangle: public Cshape{void virtual Display( void) { cout<<"Ctriangle"<<endl; }};class Cellipse :public Cshape{public: void virtual Display(void) { cout<<"Cellipse"<<endl;} };void main(){Cshape obShape;Cellipse obEllipse;Ctriangle obTriangle;Crectangle obRectangle;Cshape * pShape[4]=for( int I= 0; I< 4; I++)pShape[I]->Display( );}本程序运行结果：CshapeCellipseCtriangleCrectangle所以，从以上程序分析，实现动态联编需要三个条件：1、必须把动态联编的行为定义为类的虚函数。
简述虚函数实现多态的原理
简述虚函数实现多态的原理
虚函数是C++中支持多态的一种机制，多态是指同一函数在不同对象上产生不同的行为。
虚函数实现多态的原理是通过使用虚表（Vtable）和虚指针（Vptr）实现。
虚表是一个指针数组，它保存了类中所有虚函数的地址。
当一个对象被创建时，会在其内存布局中添加一个指向该类虚表的虚指针。
当调用一个虚函数时，编译器会通过该对象的虚指针查找对应虚表，进而找到虚函数的地址，然后执行该函数。
使用虚函数实现多态的过程如下：
1. 定义一个基类，并将其中需要实现多态的成员函数声明为虚函数。
2. 派生出子类，并根据需要重写基类的虚函数。
3. 通过基类指针或引用调用虚函数时，编译器会根据实际对象类型确定调用哪个版本的虚函数。
由于虚函数是在运行时才确定的，所以可以实现动态绑定，使程序具有更高的灵活性和可扩展性。
虚函数以及纯虚函数
虚函数以及纯虚函数 多态性是将接⼝与实现进⾏分离；⽤形象的语⾔来解释就是实现以共同的⽅法，但因个体差异，⽽采⽤不同的策略。
虚函数和纯虚函数都是实现多态的重要⽅法。
本⽂就这两种⽅法进⾏分析以及⽐较1、虚函数在基类中声明为virtual并在⼀个或者多个派⽣类被重新定义的成员函数语法规则：virtual 函数返回类型函数名(参数表) {函数体}语法分析：虚函数的声明和定义和普通的成员函数⼀样，只是在返回值之前加⼊了关键字virtual。
在基类当中定义了虚函数，可以再⼦类中定义和基类中相同函数名、相同参数、相同返回值和不同实现体的虚函数 定义为虚函数是为了让基类函数的指针或者引⽤来指向⼦类。
#include<iostream>using namespace std;class A{public:void fun(){cout << "A::fun()..." << endl;}};class B :public A{public:void fun(){cout << "B::fun()...." << endl;}};int main(){A *a = new A; //A类指针指向A类对象a->fun();A *b = new B; //A类指针指向B类对象b->fun();delete a;delete b;return0;}分析代码：在上述代码中B为A的派⽣类，A *b=new B 是将基类的指针指向B 类对象。
输出为：显然程序没有实现我们想要的输出#include<iostream>using namespace std;class A{public:virtual void fun(){cout << "A::fun()..." << endl;}};class B :public A{public:void fun(){cout << "B::fun()...." << endl;}};int main(){A *a = new A; //A类指针指向A类对象a->fun();A *b = new B; //A类指针指向B类对象b->fun();delete a;delete b;return0;}分析：可以看出利⽤虚函数可以实现多态，也就是说实现了通过不同对象的接⼝实现了不同的功能。
虚函数的具体实现方式
虚函数的具体实现方式{"title":"如何实现虚函数","content":"深入探究C++虚函数的实现方式"}在C++中，虚函数是一种非常重要的特性，它允许子类使用自己的方法重载父类的方法，实现多态性。
那么，虚函数的实现方式是什么呢？在C++中，虚函数的实现方式主要有两种：虚函数表和虚函数指针。
1. 虚函数表虚函数表是一种数据结构，它存储了类中所有虚函数的地址。
每个含有虚函数的类都有一个虚函数表，这个表只有当类被实例化时才创建。
虚函数表通常是一个数组，数组中每个元素都是一个指向虚函数的指针。
当一个对象被实例化时，它会包含一个指向虚函数表的指针，这个指针被称为虚函数表指针。
虚函数表指针和对象的数据成员一起存储在对象的内存空间中。
当调用一个虚函数时，程序首先查找虚函数表指针，然后根据虚函数的位置在虚函数表中查找函数的地址，最终调用该函数。
2. 虚函数指针另一种实现虚函数的方式是使用虚函数指针，这种方式与虚函数表类似。
在含有虚函数的类中，每个对象包含一个指向虚函数表的指针，这个指针被称为虚函数指针。
不同的是，虚函数指针不是存储在类的内存空间中，而是存储在对象的内存空间中。
当调用虚函数时，程序首先查找虚函数指针，然后根据虚函数的位置在虚函数表中查找函数的地址，最终调用该函数。
总结：虚函数是一种非常重要的特性，它实现了多态性。
C++中有两种主要的实现虚函数的方式：虚函数表和虚函数指针。
虚函数表是一种数据结构，它存储了类中所有虚函数的地址。
虚函数指针也是一种指向虚函数表的指针。
虚函数表和虚函数指针都是实现多态性的重要手段。
纯虚函数 空函数
纯虚函数空函数一、纯虚函数纯虚函数是指在基类中声明但没有定义的虚函数，它的作用是为派生类提供一个接口，派生类必须实现这个函数。
纯虚函数的声明语法为：virtual 返回类型函数名(参数列表) =0;其中“=0”表示该函数为纯虚函数。
纯虚函数的特点：1.没有函数体。
在基类中声明但没有提供函数的具体实现，从而使得基类成为了抽象类，不能被实例化。
2.继承。
子类必须实现纯虚函数，否则也将成为抽象类，无法被实例化。
3.多态性。
子类中实现了基类的纯虚函数后，可以通过基类指针调用子类的实现。
1.抽象类。
基类中有至少一个纯虚函数时，该基类就成为了抽象类。
抽象类不能被实例化，只能被其他类继承和实现。
2.接口。
纯虚函数提供了一种接口，规定了子类必须实现的方法。
这种方法被称为“接口”。
让我们创建一个基类Figure，定义一个纯虚函数area()，用于计算图形的面积。
代码如下：class Figure{public:virtual double area() = 0;};class Circle : public Figure{public:Circle(double r){radius = r;}double area(){return 3.1415926 * radius * radius; // 计算圆的面积}private:double radius;};使用上述代码创建一个程序，可以通过基类指针调用子类实现的结果。
代码如下：以上程序会输出圆的面积，结果如下：Circle's area is:314.15926二、空函数空函数是指没有任何实际功能的函数，用于占位或在后续开发中替换为有用的函数。
空函数的定义语法为：void 函数名(){}1.通常没有函数体，函数体中只有一个空语句，表示不需要执行任何操作。
2.占位。
空函数可以用作占位函数来占据函数列表中的某些位置，等待日后补充功能。
3.代码兼容性。
空函数可以提高代码的兼容性，当代码需要调用某个函数时，即使函数还未完成，也可以使用空函数来代替。
虚函数
运行结果： P1.area()=0 C1.area()=1256.64 Pp->area()=1256.64 Rp.area()=1256.64
第 9 章
多 态 性
程序解释： 程序16行在基类Point中，将area()声明为虚函数。 第39通过Point类对象P1调用虚函数area()。 第41通过circle类对象C1调用area()，实现静态联编，调用的是Circle类area()。 第44、46行分别通过Point类型指针与引用调用area()，由于area()为虚函数，此 时进行动态联编，调用的是实际指向对象的area()。
第 9 章
多 态 性
Pp->area()=0 Rp.area()=0
C + + 语 言 程 序 设 计 教 程
9.3.1 静态联编与动态联编
程序解释：
程序39行调用P1.area()显示了Point类对象P1的面积； 程序41行通过调用C1.area() 显示了Circle类对象C1的面积；由于在类Circle中重新定义了area(), 它覆盖了基类的 area(), 故通过C1.area()调用的是类Circle中的area(), 返回了正确结果。 依照类的兼容性，程序43行用一个point型的指针指向了Circle类的对象C1, 第44行通 过Pp->area()调用area(), 那么究竟调用的是哪个area(), C++此时实行静态联编，根据 Pp的类型为Point型，将从Point类中继承来的area()绑定给Pp, 因此，此时调用的是 Point派生的area(), 显示的结果为0。 同样，在第46行由引用Rp调用area()时，也进行静态联编，调用的是Point派生的 area(), 显示的结果为0。 显然，静态联编盲目根据指针和引用的类型而不是根据实际指向的目标确定调用的 函数，导致了错误。 动态联编则在程序运行的过程中，根据指针与引用实际指向的目标调用对应的函数 ，也就是在程序运行时才决定如何动作。虚函数（virtual function）允许函数调用与函 数体之间的联系在运行时才建立，是实现动态联编的基础。虚函数经过派生之后，可以 在类族中实现运行时的多态，充分体现了面向对象程序设计的动态多态性。
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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;}};class B: public A{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。
虚函数只能借助于指针或者引用来达到多态的效果，如果是下面这样的代码，则虽然是虚函数，但它不是多态的：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。
这种同一代码可以产生不同效果的特点，被称为“多态”。
1.2 多态有什么用？多态这么神奇，但是能用来做什么呢？这个命题我难以用一两句话概括，一般的C++教程（或者其它面向对象语言的教程）都用一个画图的例子来展示多态的用途，我就不再重复这个例子了，如果你不知道这个例子，随便找本书应该都有介绍。
我试图从一个抽象的角度描述一下，回头再结合那个画图的例子，也许你就更容易理解。
在面向对象的编程中，首先会针对数据进行抽象（确定基类）和继承（确定派生类），构成类层次。
这个类层次的使用者在使用它们的时候，如果仍然在需要基类的时候写针对基类的代码，在需要派生类的时候写针对派生类的代码，就等于类层次完全暴露在使用者面前。
如果这个类层次有任何的改变（增加了新类），都需要使用者“知道”（针对新类写代码）。
这样就增加了类层次与其使用者之间的耦合，有人把这种情况列为程序中的“bad smell”之一。
多态可以使程序员脱离这种窘境。
再回头看看1.1中的例子，bar()作为A-B这个类层次的使用者，它并不知道这个类层次中有多少个类，每个类都叫什么，但是一样可以很好的工作，当有一个C类从A类派生出来后，bar()也不需要“知道”（修改）。
这完全归功于多态--编译器针对虚函数产生了可以在运行时刻确定被调用函数的代码。
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。
我所说的“标准”方式，也就是所谓的“VTABLE”机制。
编译器发现一个类中有被声明为vir tual的函数，就会为其搞一个虚函数表，也就是VTABLE。
VTABLE实际上是一个函数指针的数组，每个虚函数占用这个数组的一个slot。
一个类只有一个VTABLE，不管它有多少个实例。
派生类有自己的VTABLE，但是派生类的VTABLE与基类的VTABLE有相同的函数排列顺序，同名的虚函数被放在两个数组的相同位置上。
在创建类实例的时候，编译器还会在每个实例的内存布局中增加一个vptr字段，该字段指向本类的VTABLE。
通过这些手段，编译器在看到一个虚函数调用的时候，就会将这个调用改写，针对1.1中的例子：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V TABLE，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。
虽然实际情况远非这么简单，但是基本原理大致如此。
1.4 overload和override虚函数总是在派生类中被改写，这种改写被称为“override”。
我经常混淆“overload”和“ov erride”这两个单词。
但是随着各类C++的书越来越多，后来的程序员也许不会再犯我犯过的错误了。
但是我打算澄清一下：override是指派生类重写基类的虚函数，就象我们前面B类中重写了A类中的foo()函数。
重写的函数必须有一致的参数表和返回值（C++标准允许返回值不同的情况，这个我会在“语法”部分简单介绍，但是很少编译器支持这个feature）。
这个单词好象一直没有什么合适的中文词汇来对应，有人译为“覆盖”，还贴切一些。
overload约定成俗的被翻译为“重载”。
是指编写一个与已有函数同名但是参数表不同的函数。
例如一个函数即可以接受整型数作为参数，也可以接受浮点数作为参数。
虚函数的标志是“virtual”关键字。
2.1 使用virtual关键字考虑下面的类层次：class A{public:virtual void foo();};class B: public A{public:void foo(); // 没有virtual关键字!};class C: public B // 从B继承，不是从A继承！{public:void foo(); // 也没有virtual关键字！};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。
2.2 纯虚函数如下声明表示一个函数为纯虚函数：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。
析构函数也可以是虚的，甚至是纯虚的。
例如：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_;};class B: public A{public:B() { ptrb_ = new char[20];}~B() { delete[] ptrb_;}private:char * ptrb_;};void foo(){A * a = new B;delete a;}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？如果将上面A::~A()改为virtual，就可以保证B::~B()也在delete a的时候被调用了。
因此基类的析构函数都必须是virtual的。
纯虚的析构函数并没有什么作用，是虚的就够了。
通常只有在希望将一个类变成抽象类（不能实例化的类），而这个类又没有合适的函数可以被纯虚化的时候，可以使用纯虚的析构函数来达到目的。
2.4 虚构造函数？构造函数不能是虚的。
3. 虚函数使用技巧3.1 private的虚函数考虑下面的例子：class A{public:void foo() { bar();}private:virtual void bar() { ...}};class B: public A{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。
这种写法的语意是：A告诉B，你最好override我的bar()函数，但是你不要管它如何使用，也不要自己调用这个函数。
3.2 构造函数和析构函数中的虚函数调用一个类的虚函数在它自己的构造函数和析构函数中被调用的时候，它们就变成普通函数了，不“虚”了。
也就是说不能在构造函数和析构函数中让自己“多态”。
例如：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();};class B: public A{public:virtual void foo();};void bar(){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()。
3.3 多继承中的虚函数3.4 什么时候使用虚函数在你设计一个基类的时候，如果发现一个函数需要在派生类里有不同的表现，那么它就应该是虚的。
从设计的角度讲，出现在基类中的虚函数是接口，出现在派生类中的虚函数是接口的具体实现。
通过这样的方法，就可以将对象的行为抽象化。
以设计模式[2]中Factory Method模式为例，Creator的factoryMethod()就是虚函数，派生类override这个函数后，产生不同的Product类，被产生的Product类被基类的AnOper ation()函数使用。