C++学习笔记--从虚函数说开去
虚函数与纯虚函数:
虚函数:在某基类中声明为virtual并在一个或多个派生类中被重新定义的成员函数,virtual 函数返回类型 函数名(参数表){函数体;} ,实现多态性,通过指向派生类的基类指针或引用,访问派生类中同名覆盖成员函数。注意虚函数在基类中是有定义的,即便定义是空。
纯虚函数:在基类中是没有定义的,必须由派生类重定义实现,否则不能由对象进行调用。
看下面的例子:
#include<iostream>
using namespace std;
class Cshape
{
public:
void SetColor(int color){m_nColor=color;}
virtual void Display(void){};
private:
int m_nColor;
}; class Crectangle:public Cshape{ //公有继承
public: }; void main()
{
Crectangle obRectangle;
Cshape* pShape=&obRectangle;
pShape->Display();
}
上面例子中,Display是虚函数,虽然是空定义,并且在派生类中没有重写该函数,但是上面的代码在编译阶段不会出错,而是在链接时出错,而如果将Display声明为纯虚函数,即 virtual void Display( )=0; 则该代码将在编译阶段出错,即编译器需要确保纯虚函数必须在子类中进行重写。注意:如果在基类中定义了纯虚函数,那么基类是不能实例化对象的,它只是提供一个接口,就想老板造房子,我就告诉你干嘛,具体怎么干还得靠自己,但是完全不说,你也当然不知道要干嘛。
虚函数怎么实现多态?
前面讲到虚函数的作用主要是实现多态,那么具体是怎么实现的?为什么需要用基类指针来指向派生类对象?
多态:C++中实现多态有虚函数,抽象类,重载,覆盖,模板等方法,虚函数是最重要的一种。把不同的子类对象当做父类来看,可以屏蔽不同子类对象之间的差异,写出通用的代码,做出通用的编程,以适应需求的不断变化,实际上是通过基类来访问子对象的。那么子对象在程序中是怎么通过基类来找到与该对象对应的方法呢?这就要说到虚函数表。
虚函数表
虚函数是通过虚函数表来实现的,在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中,所以当用父类的指针来操作一个子类的时候,这张虚函数表就像一张地图,指明实际应该调用的函数。
这里引用一下CSDN上的一篇题为“C++虚函数表解析”博客(博主的地址是http://blog.csdn.net/haoel):
假设我们有这样一个类,
class Base{
public:
virtual void f(){cout << "Base::f" << endl;}
virtual void g(){cout << "Base::g" << endl;}
virtual void h(){cout << "Base::h" << endl;}
};
我们可以通过Base的实例来得到虚函数表:下面是实际例程:
void main()
{
typedef void(*Fun)(void); //这里是定义一个参数为void,返回值为void的函数指针。
Base b;
Fun pFun=NULL;
cout << "虚函数表地址:" << (int*)(&b) << endl;
cout << "虚函数表--第一个函数地址:" << (int*)*(int*)(&b) << endl;
// 调用第一个虚拟函数
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&b));
pFun();
}
程序运行结果如下:(Windows 7 + Visual C++6.0)
由以上程序可以知道,如果要调用Base::g 和Base::h,代码如下:
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+);
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+);
虚拟函数表的图示如下:
类中的虚函数所占内存为多少?
虚函数要占用4个字节的内存空间,用来指定虚函数的虚拟函数表的入口地址。既然是入口地址,所以一个类的虚函数所占的地址是不变的,和虚拟函数的个数没有关系,如果派生类继承了多个超类的虚拟函数,那个这个派生类的虚拟函数所占用的内存空间等于4*(超类个数),即为每个超类维护一张虚函数表(关于多重继承的虚函数表内存分布,更详细请参考博客http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051#)。另外要注意的是:父类和子类共享一个虚函数指针。这一点可以从下面的代码中看出:
#include<iostream>
using namespace std;
class Base{
public:
virtual void f(){cout << "Base::f" << endl;}
virtual void g(){cout << "Base::g" << endl;}
virtual void h(){cout << "Base::h" << endl;}
}; class Child:public Base{
virtual void i(){cout << "Child::i" << endl;}
};
void main()
{
typedef void(*Fun)(void);
Child child;
Base* pBase=&child;
Fun pFun=NULL;
cout << sizeof(Base) << " " << sizeof(Child) << endl;
cout << "虚拟函数i()的地址是:" << (int*)*(int*)pBase+ << endl;
pFun=(Fun)*((int*)*(int*)pBase+);
pFun();
}
代码运行结果如下:
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