[置顶] C++ — 继承和多态的基础虚函数类
虚函数类
上一个博客继承中我们提到虚拟继承，现在我们来探究这种的虚函数，虚函数类的成员函数前面加
virtual
关键字，则这个成员函数称为虚函数，不要
小看这个虚函数，他可以解决继承中许多棘手的问题，而对于多态
那他更重要了，没有它就没有多态，所以这个知识点非常重要，以及后面介绍的虚函
数表都极其重要，一定要
认真的理解~ 现在开始概念
虚函数就又引出一个概念，那就是重写（覆盖），当在子类的定义了一个与父类完全相同的虚函数
时
，则称子类的这个函数重写（也称覆盖）了父类的这个虚函数。这里先提一下虚函数表，后面会讲到
的，重写
就是将子类里面的虚函数表里的被重写
父类的函数地址全都改成子类函数的地址。
2.纯虚函数
在成员函数的形参后面写上=0，则成员函数为纯虚函数。包含纯虚函数的类叫做抽象类（也叫接口类）
抽象类不能实例化出对象。纯虚函数在派生类
中重新定义以后，派生类才能实例化出对象。
看一个例子：
class Person
{
virtual void Display () = 0; // 纯虚函数
protected :
string _name ; // 姓名
};
class Student : public Person
{};
先总结一下概念：
1.派生类重写基类的虚函数实现多态，要求函数名、参数列表、返回值完全相同。（协变除外）
2.基类中定义了虚函数，在派生类中该函数始终保持虚函数的特性。
3.只有类的成员函数才能定义为虚函数。
4.静态成员函数不能定义为虚函数。
5.如果在类外定义虚函数，只能在声明函数时加virtual，类外定义函数时不能加virtual。
6.不要在构造函数和析构函数里面调用虚函数，在构造函数和析构函数中，对象是不完整的，可能会发生
未定义的行为。
7.最好把基类的析构函数声明为虚函数。（why？另外析构函数比较特殊，因为派生类的析构函数跟基类的
析构函数名称不一样，但是构成覆盖，这里
是因为编译器做了特殊处理）
8.构造函数不能为虚函数，虽然可以将operator=定义为虚函数，但是最好不要将operator=定义为虚函数，
因为容易使用时容易引起混淆。
概念终于结束了，现在我们来终于要开始今天真正的主角了，虚函数表！！
何为虚函数表，我们写一个程序，调一个监视窗口就知道了。
下面是一个有虚函数的类：
#include<iostream>
#include<windows.h>
using namespacestd;
class Base
{
public:
virtual void func1()
{}
virtual void func2()
{}
private:
inta;
};
void Test1()
{
Base b1;
}
int main()
{
Test1();
system("pause");
return0;
}
我们现在点开b1的监视窗口
这里面有一个_vfptr，而这个_vfptr指向的东西就是我们的主角，虚函数表。一会大家就知道了，无论是单继承还是多继承甚至于我们的菱形继承虚函
数表都会有不同的形态，虚函数表是一个很有趣的东西。
我们来研究一下单继承的内存格局
仔细看下面代码：
#include<iostream>
#include<windows.h>
using namespace std;
class Base
{
public:
virtual void func1()
{
cout<< "Base::func1"<< endl;
}
virtual void func2()
{
cout<< "Base::func2"<< endl;
}
private:
inta;
};
class Derive:public Base
{
public:
virtual void func1()
{
cout<< "Derive::func1"<< endl;
}
virtual void func3()
{
cout<< "Derive::func3"<< endl;
}
virtual void func4()
{
cout<< "Derive::func4"<< endl;
}
private:
int b;
};
对于Derive类来说，我们觉得它的虚表里会有什么？
首先子类的fun1()重写了父类的fun1()，虚表里存的是子类的fun1(),接下来父类的fun2(),子类的fun3(),fun4()都是虚函数，所以虚表里会有4个元
素，分别为子类的fun1(),父类fun2(),子类fun3()，子类fun4()。然后我们调出监视窗口看我们想的到底对不对呢？
我预计应该是看到fun1(),fun2(),fun3(),fun4()的虚函数表，但是呢这里监视窗口只有两个fun1(),fun2()，难道我们错了？？？？
这里并不是这样的，只有自己靠得住，我觉得这里的编译器有问题，那我们就得自己探索一下了。 但是在探索之前我们必须来实现一个可以打印虚函
数表的函数。
typedef void(*FUNC) ();
void PrintVTable(int* VTable)
{
cout<< " 虚表地址"<<VTable<< endl;
for(inti = 0;VTable[i] != 0; ++i)
{
printf(" 第%d个虚函数地址 :0X%x,->", i,VTable[i]);
FUNC f = (FUNC)VTable[i];
f();
}
cout<< endl;
}
int main()
{
Derive d1;
PrintVTable((int*)(*(int*)(&d1)));
system("pause");
return0;
}
下图来说一下他的缘由：
我们来使用这个函数：
//单继承
class Base
{
public:
virtual void func1()
{
cout << "Base::func1" << endl;
}
virtual void func2()
{
cout << "Base::func2" << endl;
}
private:
int a;
};
class Derive :public Base
{
public:
virtual void func1()
{
cout << "Derive::func1" << endl;
}
virtual void func3()
{
cout << "Derive::func3" << endl;
}
virtual void func4()
{
cout << "Derive::func4" << endl;
}
private:
int b;
};
typedef void(*FUNC) ();
void PrintVTable(int* VTable)
{
cout << " 虚表地址>" << VTable << endl;
for (int i = 0; VTable[i] != 0; ++i)
{
printf(" 第%d个虚函数地址 :0X%x,->", i, VTable[i]);
FUNC f = (FUNC)VTable[i];
f();
}
cout << endl;
}
int main()
{
Derive d1;
PrintVTable((int*)(*(int*)(&d1)));
system("pause");
return 0;
}
这里我就要讲讲这个传参了，注意这里的传参不好理解，应当细细的"品味".
PrintVTable((int*)(*(int*)(&d1)));
首先我们肯定要拿到d1的首地址，把它强转成int*，让他读取到前4个字节的内容（也就是指向虚表的地址），再然后对那个地址解引用，我们已经拿
到虚表的首地址了，但是此时这个变量的类型解引用后是int，不能够传入函数，所以我们再对他进行一个int*的强制类型转换，这样我们就传入参数
了，开始函数执行了，我们一切都是在可控的情况下使用强转，使用强转你必须要特别清楚的知道内存的分布结构。最后我们来看看输出结果：
到底打印的对不对呢？ 我们验证一下：
这里我们通过&d1的首地址找到虚表的地址，然后访问地址查看虚表的内容，验证我们自己写的这个函数是正确的。（这里VS还有一个bug，当你第一次
打印虚表时程序可能会崩溃，不要担心你重新生成解决方案，再运行一次就可以了。因为当你第一次打印是你虚表最后一个地方可能没有放0，所以你
就有可能停不下来然后崩溃。）我们可以看到d1的虚表并不是监视器里面打印的那个样子的，所以有时候VS也会有bug，不要太相信别人，还是自己靠
得住。哈哈哈，臭美一下~
我们来研究一下多继承的内存格局
看如下代码：
class Base1
{
public:
virtual void func1()
{
cout << "Base1::func1" << endl;
}
virtual void func2()
{
cout << "Base1::func2" << endl;
}
private:
int b1;
};
class Base2
{
public:
virtual void func1()
{
cout << "Base2::func1" << endl;
}
virtual void func2()
{
cout << "Base2::func2" << endl;
}
private:
int b2;
};
class Derive : public Base1, public Base2
{
public:
virtual void func1()
{
cout << "Derive::func1" << endl;
}
virtual void func3()
{
cout << "Derive::func3" << endl;
}
private:
int d1;
};
typedef void(*FUNC) ();
void PrintVTable(int* VTable)
{
cout << " 虚表地址>" << VTable << endl;
for (int i = 0; VTable[i] != 0; ++i)
{
printf(" 第%d个虚函数地址 :0X%x,->", i, VTable[i]);
FUNC f = (FUNC)VTable[i];
f();
}
cout << endl;
}
void Test1()
{
Derive d1;
int* VTable = (int*)(*(int*)&d1);
PrintVTable(VTable);
// Base2虚函数表在对象Base1后面
VTable = (int *)(*((int*)&d1 + sizeof (Base1) / 4));
PrintVTable(VTable);
}
int main()
{
Test1();
system("pause");
return 0;
}
现在我们现在知道会有两个虚函数表，分别是Base1和Base2的虚函数表，但是呢！我们的子类里的 fun3()函数怎么办？它是放在Base1里还是Base2里还
是自己开辟一个虚函数表呢？
我们先调一下监视窗口：
监视窗口又不靠谱了。。。。
完全没有找到fun3().
那我们直接看打印出来的虚函数表。
现在很清楚了，fun3()在Base1的虚函数表中，而Base1是先继承的类，好了现在我们记住
这个结论，当涉及多继承时，子类的虚函数会存在先继承的那
个类的虚函数表里。记住了！
我们现在来看多继承的对象模型：
现在我在写最后一个知识点，为什么尽量最好把基类的析构函数声明为虚函数？？
现在我们再来写一个例子，我们都知道平时正常的实例化对象然后再释放是没有一点问题的，
但是
现在我这里举一个特例：
我们都知道父类的指针可以指向子类，现在呢我们我们用一个父类的指针new一个子类的对象。
//多态 析构函数
class Base
{
public:
virtual void func1()
{
cout << "Base::func1" << endl;
}
virtual void func2()
{
cout << "Base::func2" << endl;
}
virtual ~Base()
{
cout << "~Base" << endl;
}
private:
int a;
};
class Derive :public Base
{
public:
virtual void func1()
{
cout << "Derive::func1" << endl;
}
virtual ~Derive()
{
cout << "~Derive"<< endl;
}
private:
int b;
};
void Test1()
{
Base* q = new Derive;
delete q;
}
int main()
{
Test1();
system("pause");
return 0;
}
这里面可能会有下一篇要说的多态，所以可能理解起来会费劲一点。
注意这里我先让父类的析构函数不为虚函数(去掉virtual)，我们看看输出结果：
这里它没有调用子类的析构函数，因为他是一个父类类型指针，所以它只能调用父类的析构函数，
无权访问子类的析构函数，这种调用方法会导致内存
泄漏，所以这里就是有缺陷的，但是C++是不会
允许自己有缺陷，他就会想办法解决这个问题，这里就运用到了我们下次要讲的多态
。
现在我们让加上
为父类析构函数加上virtual，让它变回虚函数，我们再运行一次程序的：
诶！ 子类的虚函数又被调用了，这里发生了什么呢？？ 来我们老方法打开监视窗口。
刚刚这种情况就是多态，多态性可以简单地概括为“一个接口，多种方法”，程序在运行时才决定调用
的函数，它是面向对象编程领域的核心概念。这
个我们下一个博客专门会总结这个。
当然虚函数的知识点远远没有这么一点，这里可能只是冰山一角，比如说菱形继承的虚函数表是什么样？
然后菱形虚拟继承又是什么样子呢？ 这些等
我总结一下会专门写一个博客来讨论菱形继承。
虚函数表我们应该已经知道是什么东西了，也知道单继承和多继承中它的应用，这些应该就足够了，这
些
其实都是为
以后要说到的多态打基础呢，你只要深刻的理解了这些东西，那么多态会特别容易理解。
这些就是虚函数的一点简单见解，有问题还请大家指出，让我改正，有什么不足的也请指出来，让我可以查漏补缺~
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