虚函数-虚表-虚指针-多态性-如何实现多态-纯虚函数-抽象类(经典之作)

有虚函数的类，其对象占用的内存空间的前四个字节存放指向虚表的指针。

1.非虚拟继承时，无论派生类是否定义新的虚函数，基类和派生类总是共享一个虚函数表，

不需要另加指向虚函数的指针。

2. 虚拟继承时，若是派生类只是继承或重写基类中虚函数，则基类和派生类是共享一个虚函数表；若派生类新定义了虚函数，则需要新加一个虚指针指向新的虚函数表。

1. 用virtual关键字申明的函数叫做虚函数，虚函数肯定是类的成员函数。

2. 存在虚函数的类都有一个一维的虚函数表叫做虚表。类的对象有一个指向虚表开始的

虚指针。和类对应的，虚表指针是和对象对应的。

3. 多态性是一个接口多种实现，是面向对象的核心。分为类的多态性和函数的多态性。

4. 多态用虚函数来实现，结合动态绑定。

5. 纯虚函数是虚函数再加上= 0。

6. 抽象类是指包括至少一个纯虚函数的类。

纯虚函数：virtual void breathe()=0；即抽象类！必须在子类实现这个函数!即先有名称，没内容，在派生类实现内容!

我们先看一个例子：例1- 1

#include

class animal

{

public:

void sleep()

{

cout<<"animal sleep"<

}

void breathe()

{

cout<<"animal breathe"<

}

};

class fish:public animal

{

public:

void breathe()

{

cout<<"fish bubble"<

}

};

void main()

{

fish fh;

animal *pAn=&fh; // 隐式类型转换

pAn->breathe();

}

注意，在例1-1的程序中没有定义虚函数。考虑一下例1-1的程序执行的结果是什么？

答案是输出：animal breathe

我们在main()函数中首先定义了一个fish类的对象fh，接着定义了一个指向animal类的指针变量pAn，将fh的地址赋给了指针变量pAn，然后利用该变量调用pAn->breathe()。

许多学员往往将这种情况和C++的多态性搞混淆，认为fh实际上是fish类的对象，应该是调用fish类的breathe()，输出“fish bubble”，然后结果却不是这样。下面我们从两个方面来讲述原因。

1、编译的角度

C++编译器在编译的时候，要确定每个对象调用的函数（要求此函数是非虚函数）的地址，这称为早期绑定（early binding），当我们将fish类的对象fh的地址赋给pAn时，C++编译器进行了类型转换，此时C++编译器认为变量pAn保存的就是animal对象的地址。当在main()函数中执行pAn->breathe()时，调用的当然就是animal对象的breathe 函数。

2、内存模型的角度

我们给出了fish对象内存模型，如下图所示：

2.

3. 图1- 1 fish类对象的内存模型

我们构造fish类的对象时，首先要调用animal类的构造函数去构造animal类的对象，然后才调用fish类的构造函数完成自身部分的构造，从而拼接出一个完整的fish对象。

当我们将fish类的对象转换为animal类型时，该对象就被认为是原对象整个内存模型的上半部分，也就是图1-1中的“animal的对象所占内存”。那么当我们利用类型转换后的对象指针去调用它的方法时，当然也就是调用它所在的内存中的方法。因此，输出animal breathe，也就顺理成章了。

正如很多学员所想，在例1-1的程序中，我们知道pAn实际指向的是fish类的对象，我们希望输出的结果是鱼的呼吸方法，即调用fish类的breathe方法。这个时候，就该轮到虚函数登场了。

前面输出的结果是因为编译器在编译的时候，就已经确定了对象调用的函数的地址，要解决这个问题就要使用迟绑定（late binding）技术。当编译器使用迟绑定时，就会在运行时再去确定对象的类型以及正确的调用函数。而要让编译器采用迟绑定，就要在基类中声明函数时使用virtual关键字（注意，这是必须的，很多学员就是因为没有使用虚函数而写出很多错误的例子），这样的函数我们称为虚函数。一旦某个函数在基类中声明为virtual，那么在所有的派生类中该函数都是virtual，而不需要再显式地声明为

virtual。

下面修改例1-1的代码，将animal类中的breathe()函数声明为virtual，如下：

例1- 2

#include

class animal

{

public:

void sleep()

{

cout<<"animal sleep"<

}

virtual void breathe()

{

cout<<"animal breathe"<

}

};

class fish:public animal

{

public:

void breathe()

{

cout<<"fish bubble"<

}

};

void main()

{

fish fh;

animal *pAn=&fh; // 隐式类型转换

pAn->breathe();

}

大家可以再次运行这个程序，你会发现结果是“fish bubble”，也就是根据对象的类型调用了正确的函数。

那么当我们将breathe()声明为virtual时，在背后发生了什么呢？

编译器在编译的时候，发现animal类中有虚函数，此时编译器会为每个包含虚函数的类创建一个虚表（即vtable），该表是一个一维数组，在这个数组中存放每个虚函数的地址。对于例1-2的程序，animal和fish类都包含了一个虚函数breathe()，因此编译器会为这两个类都建立一个虚表，（即使子类里面没有virtual函数，但是其父类里面有，所以子类中也有了）如下图所示：