什么是虚函数

一．实验目的及要求

1．进一步熟悉类的设计、运用继承与派生机制设计派生类，合理设置数据成员和成员函数。

2．掌握通过继承、虚函数、基类的指针或引用实现动态多态性的方法。

3．理解并掌握具有纯虚函数的抽象类的作用，在各派生类中重新定义各纯虚函数的方法，以及此时实现的动态多态性。

二．实验内容

在自己的文件夹下建立一个名为exp5的工程，在该工程中做如下操作：

定义一个抽象类容器类，其中定义了若干纯虚函数，实现求表面积、体积、输出等功能。由此抽象类派生出正方体、球体和圆柱体等多个派生类，根据需要定义自己的成员变量，在各个派生类中重新定义各纯虚函数，实现各自类中相应功能，各个类成员的初始化均由本类构造函数实现。

（1）在主函数中，定义容器类的指针和各个派生类的对象，使指针指向不同对象处调用相同的函数能执行不同的函数代码，从而实现动态多态性。

（2）定义一个顶层函数void TopPrint(Container &r);使得主函数中调用该函数时，根据实在参数所有的类自动调用对应类的输出函数。

（3）主函数中定义一个Container类对象，观察编译时的错误信息，从而得出什么结论

三．实验程序及运行结果

#include

using namespace std;

class Base

{

public:

virtual void f(){ cout << "调用Base::f()" << endl; }

};

class Derived: public Base

{

public:

void f(){ cout << "调用Derived::f()" << endl; } // 虚函数

};

int main(void)

{

Derived obj; // 定义派生类对象

Base *p = &obj; // 基类指针

p->f(); // 调用函数f()

虚函数的实现机制

虚函数（virtual function）是 C++ 中的一种重要机制，它允许子类重新定义从父类继承的方法，这样在调用子类的方法时，会根据实际的对象类型调用相应的方法。这种机制被称为动态绑定或运行时多态。

虚函数的实现机制主要依赖于虚表（vtable）和虚指针（vptr）。

1.虚表（vtable）：每个有虚函数的类（或者从有虚函数的类派生出来的类）都有一个虚表。虚表是一个包含指向虚函数的指针的数组。在这个数组中，每个从父类派生出来的子类都有一个条目，每个条目都包含一个指向该类实现的相应虚函数的指针。

2.虚指针（vptr）：每个包含虚函数的类的对象都有一个虚指针。这个指针指向该对象的类的虚表。当调用一个虚函数时，程序首先会通过这个虚指针找到对应的虚表，然后再根据虚表的索引找到正确的函数进行调用。

当定义一个含有虚函数的类时，编译器会为这个类创建一个虚表，并在该类的每个对象中嵌入一个指向该虚表的虚指针。当创建一个类的对象时，这些对象会根据其类型使用正确的虚表。在运行时，当调用一个虚函数时，程序会根据对象的虚指针找到正确的虚表，然后根据函数在虚表中的索引来调用正确的函数。

这种实现机制允许我们在运行时动态地决定要调用哪个函数，从而实现了多态性。

- 1 - c++ 类虚函数

在C++中，虚函数是一种特殊的函数，它可以被子类重写，但它的行为取决于对象的实际类型。这意味着，如果你有一个指向基类的指针，但指向的对象是子类，那么调用虚函数时会调用子类的实现。

为了将函数定义为虚拟的，您需要在函数声明前面添加关键字“virtual”。例如：

```

class Base {

public:

virtual void foo() {

std::cout << 'Base::foo()' << std::endl;

}

};

```

这声明了一个名为“foo”的虚函数，它在基本类中实现，并可以在子类中重写。

子类可以通过覆盖基类中的虚函数来提供自己的实现。例如：

```

class Derived : public Base {

public:

void foo() override {

std::cout << 'Derived::foo()' << std::endl; - 2 - }

};

```

这里的“override”关键字告诉编译器，您打算重写基类中的函数。

当您使用基类指针调用虚函数时，将调用实际对象的实现。例如：

```

Base* b = new Derived();

b->foo(); // 输出：Derived::foo()

```

因为“b”指向一个派生对象，“foo”函数的派生实现将被调用。

总之，虚函数是C++中强大的工具，它使多态和继承更容易实现。但是，您需要小心使用它们，以避免潜在的性能问题和运行时错误。

c 虚函数

C++中的虚函数是一种关键的特性。虚函数是指在基类中声明的函数，它可以被派生类重写。虚函数是多态的基础，它使得我们可以通过基类指针或引用来调用派生类的函数。

接下来，我将为您介绍C++虚函数的一些重要概念和用法。

1.基本语法：

在C++中，我们可以通过在函数声明前加上virtual关键字来创建虚函数。虚函数可以是纯虚函数，它表示基类没有实现函数，而是将其留给派生类去实现。

2.多态性：

作为多态性的基础，虚函数使得我们可以通过基类指针或引用来调用派生类的函数。这种多态性被称为运行时多态，也就是我们在程序运行期间选择使用的函数。

3.覆盖和重载：

虚函数的覆盖是指派生类重写基类中的虚函数。一旦派生类覆盖了基类中的虚函数，我们就无法通过基类指针或引用调用该函数的基类实现。而重载是指在同一范围内使用相同的函数名，但是参数列表不同的函数。C++允许派生类中覆盖基类中同名函数的虚函数，只要它们的参数和返回类型完全相同。这是因为虚函数的重载不会产生歧义，且派生类中的函数会覆盖基类中的函数。

4.虚函数表：

每个包含虚函数的类都有一个虚函数表。虚函数表是存储指向虚函数地址的指针数组，它存储在类的只读数据段中。每个虚函数在虚函数表中占据一段连续的内存空间。类的对象在内存中分配时，会包含指向其虚函数表的指针。这个指针被称为虚函数表指针（vptr）。

5.虚函数的性能影响：

虚函数的使用需要额外的内存和时间开销。每个具有虚函数的类都需要一个虚函数表，这会增加每个对象的内存需求。此外，动态函数调用需要更长的时间，因为调用的函数地址需要从虚函数表中查找。因此，如果代码对性能有严格的要求，则应尽可能避免使用虚函数。

总结：

在C++中，虚函数是一种非常强大的语言特性。它使得多态性成为可能，能够将多个派生类对象视为共同的基类对象处理。虚函数的覆盖和重载让我们可以在派生类中自由地定义函数，而虚函数表负责管理派生类对象的动态调用。然而，虚函数的性能开销可能会成为程序的瓶颈，所以需要仔细地使用。