虚函数的讲解
文章目录
- 虚函数的声明与定义
- 代码演示
-
- 基类Person
- 派生类Man
- 派生类Woman
- 测试代码
- 动态绑定
- 静态绑定
- 访问私有虚函数
- 总结一下通过成员函数指针调用函数的方式
虚函数的声明与定义
虚函数存在于C++的类、结构体等中，不能存在于全局函数中，只能作为成员函数存在。
代码演示
基类Person
Person.h
#pragma once
//定义一个Person类
class Person
{
public:
virtual void speak();//声明一个虚成员函数(简称虚函数)
virtual void eat();//声明一个虚成员函数(简称虚函数)
void walk();//声明一个普通成员函数
};
Person.cpp
#include "Person.h"
#include 派生类Man
Man .h
#pragma once
#include "Person.h"
//定义一个类Man并继承Person类
class Man :public Person
{
//这个函数是重写了基类中的虚函数，此时这个函数也是虚函数，前面的virtual可以省略。
void speak() override;//override 关键字只能用于虚函数,明确表明要重写基类的虚函数
//virtual void speak() override;//等价于上面
};
Man.cpp
#include "Man.h"
#include 派生类Woman
Woman.h
#pragma once
#include "Person.h"
//定义一个类Woman并继承Person类
class Woman :public Person
{
void speak() override;
};
Woman.cpp
#include "Woman.h"
#include 
含有虚函数的类，在编译期间会生成一张虚函数表及虚表指针。虚函数表其实是一个指针数组，里面的元素是虚函数地址。而续表指针指向虚函数表的首地址。也可以这么认为编译器给含有虚函数的类，自动增加了一个 const void* pvtr 的指针成员变量。和一个静态的 static const void* vtable[]的指针数组;也就是说同一个类的虚函数表是共享的，同一个类下不同对象的虚表指针指向的同一个虚函数表。
测试代码
#include "Person.h"
#include "Man.h"
#include "Woman.h"
//test函数的声明
void test(Person* person);
void test(Person& person);
int main(int argc, char* argv[])
{
Person person;
test(&person);//传地址
//test(person);
Man man;
test(&man);//传地址
//test(man);
Woman woman1;
test(&woman1);//传地址
Woman woman2;
test(&woman2);//传地址
return 0;
}
//test函数的实现，体现了多态
void test(Person* person)//指针传递
{
person->speak();
//person->eat();
//person->walk();
}
void test(Person& p)//引用传递
{
p.speak();
p.eat();
p.walk();
}
打印结果：
动态绑定
虚函数的好处就是体现了C++中多态。即当基类类型的指针或引用 指向子类的对象时，在调用虚函数时，实际调用的虚函数是子类对象中的虚函数。
就像上面的test(Person* person)函数，编译器在编译期间不确定函数内实际调用哪个类中的speak函数，需要在实际代码执行时，才能确定，指针 person 到底指向的实际对象是哪个类的，从而实现了动态绑定，即多态性。
静态绑定
所有的类中的非虚成员函数都是静态绑定的。即在编译期间就确定了实际调用哪个函数。普通成员函数的实际调用者，是根据代码里的调用者的类型来判断的，即在编译期就能确定，无法体现多态性。
注意:即使派生类没有重写基类中的虚函数，也没有自己特有的虚函数。那么派生类就会继承父类中的虚函数，即派生类也拥有虚函数表及虚表指针，只是自己的虚函数表中的虚函数都是父类的虚函数，除非自己重写过，虚函数表中的基类虚函数地址会被替换为自己重写后的。
访问私有虚函数
我们把上方的代码修改一下：
class Person
{
private:
virtual void speak(){
cout << "Person::speak" << endl;
}
public:
virtual void eat(){
cout << "Person::eat" << endl;
}
}
class Woman : public Person
{
public:
void eat(){
cout << "Woman::eat" << endl;
}
};
int main(int argc, char *argv[])
{
Person person;
//person.speak();//编译报错，无法访问私有属性成员
Woman woman;
//woman.speak();//编译报错，同上
//void (Person:: *fun1)(void) = &Person::speak;//编译报错，右值报错，无法通过&Person::speak获取函数地址。还是因为私有属性问题
return 0;
}
我们想要在类的定义外部访问speak函数。通过常规的手段是访问不到的。
int main(int argc, char *argv[])
{
typedef void (*Fun)(void);//给函数指针类型取别名
Woman woman;
Fun pfun1 = (Fun)*((int*)*(int*)&woman);
Fun2 pfun2 = (Fun)*((int*)*(int*)&woman + 1);//此时pfun2 将不再是一个被类作用域限制的成员函数的指针了，而相当于一个全局函数的指针。
pfun1();//输出结果：Person::speak
pfun2();//输出结果：Woman::eat
return 0;
}
分析一下：上面的pfun1 和 pfun2 函数指针，在执行时的输出结果。首先要明白一点，含有虚函数的类，在编译时，创建的虚表指针变量会优化为类中第一个成员属性，那么创建对象时，虚表指针所占的内存地址和对象的地址是相同的。类似于 数组首元素的地址和数组名的关系。
上方的图中的：有两处的地址为何可以转为(int )即int型指针，因为地址值就是整型的。虚表指针vptr的值是地址，虚函数表元素也是地址。
又因为指针的类型和指针所指向的地址存储的内容类型是关联的。另一处是转为（Fun）即函数指针。也是一个道理，函数指针指向的地址（即函数地址）存储的是真实的函数。
(int)(int)&woman //指针指向虚函数表中第一个元素
(int*)(int)&woman + 1 //指针指向虚函数表中第二个元素
注意：这种方式能够获取私有虚函数的地址，不能获取私有普通成员函数的地址。这也是虚函数的特殊实现原理优势的。
而且这种方式最后获取的虚函数指针，不用再使用对象.* 或对象.->的动态方式来访问。直接 虚函数指针名(参数)；来调用函数。
总结一下通过成员函数指针调用函数的方式
void (Woman:: *fun1)(void) = &Woman ::speak;//访问公共属性的成员普通函数或成员虚函数
Woman woman;
(woman.*fun1)();//调用speak函数
Woman & woman1 = &woman;
(woman.->fun1)();//调用speak函数
typedef void (*Fun)(void);
Fun fun = (Fun)*((int*)*(int*)&woman);//访问公共成员虚函数或者私有成员函数
fun();//调用speak函数
关于函数地址的相关博客类中成员函数及普通函数地址获取方式