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在C++中如何用虛函數實現多態

Android編程精選 ? 來源:編程學習總站 ? 作者:寫代碼的牛頓 ? 2021-09-29 14:18 ? 次閱讀

01

C++虛函數探索

C++是一門面向對象語言,在C++里運行時多態是由虛函數和純虛函數實現的,現在我們看下在C++中如何用虛函數實現多態。先來看一段代碼。

// virtual_function.cpp : 此文件包含 “main” 函數。程序執行將在此處開始并結束。 // #include 《iostream》 class Base { public: Base()

{ std::cout 《《 “Base::constructor run” 《《 std::endl; } virtual void fun1()

{ std::cout 《《 “Base::fun1 run” 《《 std::endl; } virtual void fun2() { std::cout 《《 “Base::fun2 run” 《《 std::endl; } virtual ~Base()

{ std::cout 《《 “Base::desconstructor run” 《《 std::endl; } }; class Derive : public Base { public: Derive() { std::cout 《《 “Derive::constructor run” 《《 std::endl; } void fun1() { std::cout 《《 “Derive::fun1 run” 《《 std::endl; } void fun3()

{ std::cout 《《 “Derive::fun3 run” 《《 std::endl; } ~Derive() { std::cout 《《 “Derive::desconstructor run” 《《 std::endl; } }; int main() { Derive* d = new Derive(); d-》fun1(); d-》fun2(); d-》fun3(); delete d; }

這段代碼編譯運行后輸出了:

Base::constructor run Derive::constructor run Derive::fun1 run Base::fun2 run Derive::fun3 run Derive::desconstructor run Base::desconstructor run

這段代碼里基類Base定義了虛函數fun1和fun2,派生類Derive有成員函數fun1和fun3,其中派生類覆蓋了繼承而來的基類虛函數fun1。在主函數里創建Derive類型對象指針d指向Derive類型對象。由于派生類Derive成員函數fun1覆蓋了基類Base成員函數fun1,因此通過d調用fun1實際調用的是派生類Derive類的成員函數fun1,而繼承而來的成員函數fun2沒有被覆蓋,則通過指針d調用fun2實際調用的是基類成員函數fun2。這里好像讓看不出虛函數有什么作用,那么我們將主函數修改如下:

int main() { Base* b = new Derive(); b-》fun1(); b-》fun2(); delete b; }

在程序里我們將創建一個基類指針b并指向的是派生類,并且調用delete釋放內存時使用的是基類指針b。編譯運行輸出結果如下:

Base::constructor run Derive::constructor run Derive::fun1 run Base::fun2 run Derive::desconstructor run Base::desconstructor run

通過基類指針b調用fun1函數,實際調用的是派生類Derive的成員函數fun1,由于在派生類Derive中沒有定義成員函數fun2,因此通過基類指針b調用fun2函數,實際調用的依舊是基類Base的成員函數fun2。代碼里雖然我們沒有對派生類的成員函數fun1加virtual,實際上派生類的成員函數fun1是虛函數。但是對于大多數C++初學者會有2個疑問的地方。1、通過基類指針b調用fun1函數,實際調用的是派生類的成員函數fun1。2、通過delete釋放內存使用的是基類指針b,會調用派生類析構函數和基類析構函數,成功釋放內存,不會存在內存泄露問題。

帶有虛函數的類稱為虛基類,子類繼承虛基類。在C++中虛基類有一個虛函數表指針保存虛函數表地址,而虛函數表保存函數地址,虛函數表并不在虛基類里,但是虛函數表指針在虛基類里,子類繼承虛基類,子類也就有了虛函數表指針。那么C++是如何通過虛函數表和虛函數表指針實現多態呢?打開VS2019,并用管理員身份運行“2019開發人員命令提示符”工具,如下圖所示:

輸入:cl /d1 reportSingleClassLayoutXXX [filename],XXX表示類名,[filename]表示類所在的.cpp文件路徑。這里我輸入源文件的派生類名和源文件路徑,回車輸出如下:

從輸出可以看出派生類從基類繼承了虛函數表指針vfptr,且占用字節數大小是4字節,剛好就是一個指針占用字節數。虛函數表vftable里保存了派生類成員函數fun1,基類成員函數fun2的地址,由于派生類成員函數fun3不是虛函數,因此虛函數表里沒有fun3的地址。看到這里我們就明白了,通過基類指針b調用fun1的過程:通過虛函數表指針vfptr找到虛函數表vftable,再通過虛函數表找到派生類成員函數fun1的地址,調用派生類成員函數fun1。而通過基類指針b調用fun2的過程則是:通過虛函數表指針vfptr找到虛函數表vftable,再通過虛函數表找到基類成員函數fun2的地址,調用基類成員函數fun2。看到這里,第一個疑問已經解開了,關鍵在于虛函數表指針和虛函數表。

在C++中有虛函數的類,其析構函數默認是虛析構函數,只要是虛函數就會在虛函數表里有相應的函數地址,因此派生類里的虛函數表指針vfptr指向的虛函數表vftable必然保存著派生類析構函數的地址,類的析構過程:從繼承鏈的最底端到最頂端依次調用析構函數,因此delete b調用過程:通過虛函數表指針vfptr找到虛函數表vftable,再通過虛函數表找到派生類析構函數地址,調用析構函數。

責任編輯:haq

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原文標題:C++虛函數詳解

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