【C++】虚函数

1.虚函数的工作原理

    编译器处理虚函数的方法是:给每个对象添加一个隐藏成员。隐藏成员中保存了一个指向函数地址数组的指针。这种数组称为虚函数表(vtbl)。虚函数表中存储了对类对象进行声明的虚函数的地址。例如,基类对象包含一个指针,该指针指向基类中所有虚函数的地址表。派生类对象将包含一个指向独立地址表的指针。如果派生类提供了虚函数的新定义,该虚函数表将保存新函数的地址;如果派生类没有重新定义虚函数,该vtbl将保存函数原始版本的地址。如果派生类定义了新的虚函数,则该函数的地址也将被添加到vtbl。注意,无论类中包含的虚函数是1个还是10个,都只需要在对象中添加一个隐藏成员,只是表的大小不同而已。

    调用虚函数时,程序将查看存储在对象中的vtbl地址,然后转向相应的函数地址表。如果使用类声明中定义的第一个虚函数,则程序将使用数组中的第一个函数地址,并执行具有改地址的函数。如果使用类声明中的第三个虚函数,程序将使用地址为数组第三个元素的函数。

2.虚函数优缺点

    优点:提供动态绑定功能

    缺点:使用虚函数时,在内存和执行速度方面有一定的成本,包括:

  • 每个对象都将增大,增大量为存储地址的空间
  • 对于每个类,编译器都创建一个虚函数地址表
  • 对于每个函数调用,都需要执行一项额外的操作,即到表中查找地址

3.虚函数注意事项

  1. 在基类方法的声明中使用关键字virtual可以使该方法在基类以及所有的派生类中是虚的;
  2. 如果使用指向对象的引用或者指针来调用虚方法,程序将使用为对象类型定义的方法,而不是用为引用或者指针类型定义的犯法。这成为动态绑定,因为动态绑定,基类指针或者引用可以指向派生类对象;
  3. 构造函数不能是虚函数。创建派生类对象时,将调用派生类的构造函数,而不是基类的构造函数,然后,派生类的构造函数将使用基类的一个构造函数,派生类不继承基类的构造函数;
  4. 析构函数应当是虚函数。例如,假设Employee是基类,singer是派生类,并添加一个char*成员,该成员指向由new分配的内存。当Singer对象过期时,必须调用~Singer()析构函数来释放内存;如果使用的是静态绑定,delete语句将调用~Employee()析构函数,这将释放由Singer对象中的Employee部分指向的内存,但不会释放新的类成员指向的内存,如果析构函数是虚函数,这将先调用~Singer析构函数释放由Singer中指向的内存,然后调用~Employee来释放由Employee指向的内存。
Employee *pe = new Singer;
...
delete pe;

    5.友元不能是虚函数。因为友元不是类成员,只有类成员才能是虚函数;

    6.在派生类中重新定义继承来的方法并不是重载。因此有两条经验规则:

                      •  如果重新定义继承的方法,应确保与原来的原型完全相同(包括virtual关键字),但如果返回类型是基类引用或者指针,可以修改为派生类的引用或者指针
                      • 如果基类声明被重载了,则应该在派生类中定义所有的基类版本

    

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