一文读懂C++ 虚函数 virtual

2021-03-24 21:23:09 IT技术网 互联网
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探讨 C++ 虚函数 virtual

有无虚函数的对比

C++ 中的虚函数用于解决动态多态问题,虚函数的作用是允许在派生类中重新定义与积累同名的函数,并且可以通过基类指针或引用来访问基类和派生类中的同名函数。

首先写两个简单的类,类 B 继承自类 A,即 A 是基类,B 是派生类。

class A{
public:
  void print(){
    cout << "A" << endl;
  }
};

class B : public A {
public:
  void print(){
    cout << "B" << endl;
  }
};

int main()
{
  B b;		//创建一个 B 类对象 b;
  A &a = b;	//a 是 b 的一个 A 类引用;
  A *pa = &b; //pa 是一个指向 A 类对象的指针;
  a.print();
  pa->print();
  b.print();
  return 0;
}

程序中,A 类和 B 类均定义了一个同名函数 print ,但两个函数的功能不同,编译系统按照同名覆盖原则决定调用对象。

另外一点,引用的本质是指针常量,可以认为 a,pa 都指向了 b。( 注意区分常量指针指针常量,常量指针可以类比于整型指针,即指向一个常量的指针,指针的指向可以修改;指针常量类比于整型常量,即一个指针是个常量,也就是指针只能固定的指向某一单元,指针常量的指向不可改而指向的值可以修改。)

int a, b;
int * const p1 = &a; //指针常量
const int *p2 = &b; //常量指针

执行函数后,我们发现结果为

在这里插入图片描述

因为 a 是 A 类的一个引用,所以 a 的 print( ) 依旧是 A 类的成员函数;pa 是 A 类的指针,同理;而 b 是 B 类的对象,调用的 print( ) 为 B 类的成员函数。简言之就是,没有 virtual 时,调用哪一类的成员函数取决于调用对象 a ,pa,b 在定义时的类型。而此时,若 B 类对象 b 想调用直接基类 A 的 print 函数,则应当 b.A::print( )

这种 a,pa,b 能调用哪个同名函数在对象定义时已经确定好了的多态,我们称之为静态多态。什么是多态?同一个 print 函数在不同的对象中有不同的作用,这就呈现了多态。

这里再提一点,原本基类指针是用来指向基类对象的,如果用它指向派生类对象,此时基类指针指向的是派生类对象中的基类部分。在没有虚函数时,基类指针是无法调用派生类对象中的成员函数的。

而当我们在 A 类中 print( ) 前加上关键字 virtual,变成虚函数时

class A{
public:
  virtual void print(){
    cout << "A" << endl;
  }
};

class B : public A{
public:
  void print(){
    cout << "B" << endl;
  }
};

再次执行主函数,结果为

在这里插入图片描述

这是因为 virtual 跟着对象走,即调用的 print( ) 究竟是 A 类还是 B 类的成员函数取决于“ 调用者 ” a,pa 所指的对象 b 属于哪一类,而不再是取决于 a,pa 本身在定义时的类型了。

这种用基类指针或引用指向某一派生类对象,从而能够调用指针指向的派生类对象中的函数的多态,我们称为动态多态,virtual 正是实现动态多态的关键字。

虚函数表

接着刚才的话题,在 A 类中有虚函数的前提下,我们继续讨论

class C{
public:
  void print(){
    cout << "C" << endl;
  }
};

int main()
{
  cout << "sizeof(A): " << sizeof(A) << endl;
  cout << "sizeof(B): " << sizeof(B) << endl;
  cout << "sizeof(C): " << sizeof(C) << endl;
  A a;
  B b;
  C c;
  cout << "sizeof(a): " << sizeof(a) << endl;
  cout << "sizeof(b): " << sizeof(b) << endl;
  cout << "sizeof(c): " << sizeof(c) << endl;
  return 0;
}

执行结果为

在这里插入图片描述

为什么有虚函数的 A 类大小为 8 字节,继承 A 的 B 为 8 字节,而没有虚函数的 C 类是 1 字节呢?联想到 64 位操作系统下指针占8个字节内存,而 A 大小也是 8 字节,是巧合吗?事实上,在包含虚函数的类中,在该类的存储空间中,会有一个指向虚函数表的指针,正是这个指针使 A 的大小变为 8 字节。而指针所指的虚函数表本质上是 A 类中定义的所有虚函数名构成的列表。A 中只定义了一个虚函数 print( ) ,所以虚函数表中也只有一个虚函数名 print,通过这个虚函数名,再找到整个虚函数 print( ) 在内存中的存储位置 ( B 同理 ) 。

验证虚函数表的存在性

虚函数表看不见摸不着,怎么确定它的存在呢?

int main()
{
  A a;
  B b;
  a.print();
  b.print();
  cout << "-------------------" << endl;
  typedef void (*func)();		//利用函数指针 func;
  ((func**)(&a))[0][0]();		//((func**)(&a))[0] 代表对象 a 的内存空间中的第一个元素:指向虚函数表的指针;
  ((func**)(&b))[0][0](); 	//((func**)(&a))[0][0] 表示虚函数表中第一个函数名;
  return 0;
}

在这里插入图片描述

从结果中我们可以发现,((func**)(&a))[0][0](); 等效于 a.print();,即确实证明了对象 a 的内存空间中存有一个指向虚函数表的指针,虚函数表的第一个函数名正是 print 。

到此这篇关于一文读懂C++ 虚函数 virtual的文章就介绍到这了,更多相关C++ 虚函数 virtual内容请搜索IT技术网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持IT技术网!

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