c++中什么是虚函数_c++虚函数原理与用法详解

虚函数实现C++运行时多态，通过基类指针调用派生类函数。1. 使用virtual声明虚函数，派生类用override重写；2. 底层通过vtable和vptr实现动态绑定，每个对象含vptr指向vtable，查找函数地址；3. 纯虚函数virtual func() = 0;使类成为抽象类，不可实例化；4. 虚析构函数确保delete基类指针时正确调用派生类析构函数，防止资源泄漏。

虚函数是C++实现多态的核心机制。它允许在基类中声明一个函数为virtual，使得通过基类指针或引用调用该函数时，能根据实际指向的对象类型动态决定调用哪个派生类的函数版本。这种行为称为“动态绑定”或“运行时多态”。

虚函数的基本语法与使用

在基类中使用virtual关键字声明函数，派生类可以重写（override）该函数：

示例代码：

 #include <iostream> using namespace std; <p>class Animal { public: virtual void speak() { cout << "Animal speaks." << endl; } };</p><p>class Dog : public Animal { public: void speak() override { cout << "Dog barks." << endl; } };</p><p>class Cat : public Animal { public: void speak() override { cout << "Cat meows." << endl; } };</p><p>int main() { Animal<em> a1 = new Dog(); Animal</em> a2 = new Cat();</p><pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">a1->speak(); // 输出: Dog barks. a2->speak(); // 输出: Cat meows.  delete a1; delete a2; return 0;

}

这里，尽管指针类型是Animal*，但调用的是实际对象的speak()函数，这就是虚函数带来的多态效果。

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虚函数的底层原理：虚函数表（vtable）

C++编译器为每个含有虚函数的类生成一张虚函数表（vtable），这张表是一个函数指针数组，存储了该类所有虚函数的实际地址。

• 每个具有虚函数的类都有一个或多个vtable（多重继承时可能有多个）
• 每个对象的内存中会额外包含一个指向其类vtable的指针（vptr）
• 当调用虚函数时，程序通过对象的vptr找到vtable，再从中查出对应函数的地址进行调用

这个过程发生在运行时，因此实现了动态分发。

注意：虚函数机制带来了一定的性能开销——每次调用需查表，且每个对象多出一个指针大小的开销（通常8字节，在64位系统上）。

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纯虚函数与抽象类

如果希望某个虚函数没有默认实现，强制派生类提供自己的版本，可以将其定义为纯虚函数：

 class Shape { public:     virtual void draw() = 0; // 纯虚函数 }; <p>class Circle : public Shape { public: void draw() override { cout << "Drawing a circle." << endl; } }; 

包含纯虚函数的类称为抽象类，不能实例化。只有当派生类实现了所有纯虚函数后，才能创建该派生类的对象。

虚析构函数的重要性

当通过基类指针删除派生类对象时，若基类析构函数不是虚函数，只会调用基类的析构函数，造成资源泄漏。

解决方法：将基类的析构函数声明为虚函数。

 class Base { public:     virtual ~Base() {         cout << "Base destroyed" << endl;     } }; <p>class Derived : public Base { public: ~Derived() { cout << "Derived destroyed" << endl; } }; 

此时，delete基类指针时会正确调用派生类析构函数，再调用基类析构函数，确保完整清理资源。

基本上就这些。虚函数是C++面向对象编程的关键特性，理解其用法和原理有助于写出更灵活、可扩展的代码。虽然现代C++也提倡使用其他方式（如模板）实现多态，但在很多场景下，虚函数仍是首选方案。