在C++中如何用虚函数实现多态
01
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c++虚函数探索
c++是一门面向对象语言，在c++里运行时多态是由虚函数和纯虚函数实现的，现在我们看下在c++中如何用虚函数实现多态。先来看一段代码。
// virtual_function.cpp ： 此文件包含 “main” 函数。程序执行将在此处开始并结束。 // #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; }
这段代码编译运行后输出了：
base：：constructor run derive：：constructor run derive：：fun1 run base：：fun2 run derive：：fun3 run derive：：desconstructor run base：：desconstructor run
这段代码里基类base定义了虚函数fun1和fun2，派生类derive有成员函数fun1和fun3，其中派生类覆盖了继承而来的基类虚函数fun1。在主函数里创建derive类型对象指针d指向derive类型对象。由于派生类derive成员函数fun1覆盖了基类base成员函数fun1，因此通过d调用fun1实际调用的是派生类derive类的成员函数fun1，而继承而来的成员函数fun2没有被覆盖，则通过指针d调用fun2实际调用的是基类成员函数fun2。这里好像让看不出虚函数有什么作用，那么我们将主函数修改如下：
int main（） { base* b = new derive（）; b-》fun1（）; b-》fun2（）; delete b; }
在程序里我们将创建一个基类指针b并指向的是派生类，并且调用delete释放内存时使用的是基类指针b。编译运行输出结果如下：
base：：constructor run derive：：constructor run derive：：fun1 run base：：fun2 run derive：：desconstructor run base：：desconstructor run
通过基类指针b调用fun1函数，实际调用的是派生类derive的成员函数fun1，由于在派生类derive中没有定义成员函数fun2，因此通过基类指针b调用fun2函数，实际调用的依旧是基类base的成员函数fun2。代码里虽然我们没有对派生类的成员函数fun1加virtual，实际上派生类的成员函数fun1是虚函数。但是对于大多数c++初学者会有2个疑问的地方。1、通过基类指针b调用fun1函数，实际调用的是派生类的成员函数fun1。2、通过delete释放内存使用的是基类指针b，会调用派生类析构函数和基类析构函数，成功释放内存，不会存在内存泄露问题。
带有虚函数的类称为虚基类，子类继承虚基类。在c++中虚基类有一个虚函数表指针保存虚函数表地址，而虚函数表保存函数地址，虚函数表并不在虚基类里，但是虚函数表指针在虚基类里，子类继承虚基类，子类也就有了虚函数表指针。那么c++是如何通过虚函数表和虚函数表指针实现多态呢？打开vs2019，并用管理员身份运行“2019开发人员命令提示符”工具，如下图所示：
输入：cl /d1 reportsingleclasslayoutxxx ［filename］，xxx表示类名，［filename］表示类所在的.cpp文件路径。这里我输入源文件的派生类名和源文件路径，回车输出如下：
从输出可以看出派生类从基类继承了虚函数表指针vfptr，且占用字节数大小是4字节，刚好就是一个指针占用字节数。虚函数表vftable里保存了派生类成员函数fun1，基类成员函数fun2的地址，由于派生类成员函数fun3不是虚函数，因此虚函数表里没有fun3的地址。看到这里我们就明白了，通过基类指针b调用fun1的过程：通过虚函数表指针vfptr找到虚函数表vftable，再通过虚函数表找到派生类成员函数fun1的地址，调用派生类成员函数fun1。而通过基类指针b调用fun2的过程则是：通过虚函数表指针vfptr找到虚函数表vftable，再通过虚函数表找到基类成员函数fun2的地址，调用基类成员函数fun2。看到这里，第一个疑问已经解开了，关键在于虚函数表指针和虚函数表。
在c++中有虚函数的类，其析构函数默认是虚析构函数，只要是虚函数就会在虚函数表里有相应的函数地址，因此派生类里的虚函数表指针vfptr指向的虚函数表vftable必然保存着派生类析构函数的地址，类的析构过程：从继承链的最底端到最顶端依次调用析构函数，因此delete b调用过程：通过虚函数表指针vfptr找到虚函数表vftable，再通过虚函数表找到派生类析构函数地址，调用析构函数。
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{ 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; }
这段代码编译运行后输出了：
base：：constructor run derive：：constructor run derive：：fun1 run base：：fun2 run derive：：fun3 run derive：：desconstructor run base：：desconstructor run
这段代码里基类base定义了虚函数fun1和fun2，派生类derive有成员函数fun1和fun3，其中派生类覆盖了继承而来的基类虚函数fun1。在主函数里创建derive类型对象指针d指向derive类型对象。由于派生类derive成员函数fun1覆盖了基类base成员函数fun1，因此通过d调用fun1实际调用的是派生类derive类的成员函数fun1，而继承而来的成员函数fun2没有被覆盖，则通过指针d调用fun2实际调用的是基类成员函数fun2。这里好像让看不出虚函数有什么作用，那么我们将主函数修改如下：
int main（） { base* b = new derive（）; b-》fun1（）; b-》fun2（）; delete b; }
在程序里我们将创建一个基类指针b并指向的是派生类，并且调用delete释放内存时使用的是基类指针b。编译运行输出结果如下：
base：：constructor run derive：：constructor run derive：：fun1 run base：：fun2 run derive：：desconstructor run base：：desconstructor run
通过基类指针b调用fun1函数，实际调用的是派生类derive的成员函数fun1，由于在派生类derive中没有定义成员函数fun2，因此通过基类指针b调用fun2函数，实际调用的依旧是基类base的成员函数fun2。代码里虽然我们没有对派生类的成员函数fun1加virtual，实际上派生类的成员函数fun1是虚函数。但是对于大多数c++初学者会有2个疑问的地方。1、通过基类指针b调用fun1函数，实际调用的是派生类的成员函数fun1。2、通过delete释放内存使用的是基类指针b，会调用派生类析构函数和基类析构函数，成功释放内存，不会存在内存泄露问题。
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