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探秘C++虛函數:解密多態的奧秘

來源: 責編: 時間:2024-04-22 09:15:22 182觀看
導讀虛函數—作為面向對象編程的核心特性之一,虛函數不僅在代碼中發揮著重要作用,更是實現多態性的關鍵所在。什么是虛函數?在 C++ 中,虛函數是為了實現運行時多態性而設計的特殊類型的函數。通過在基類中聲明虛函數,并在派生

虛函數—作為面向對象編程的核心特性之一,虛函數不僅在代碼中發揮著重要作用,更是實現多態性的關鍵所在。u0P28資訊網——每日最新資訊28at.com

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什么是虛函數?

在 C++ 中,虛函數是為了實現運行時多態性而設計的特殊類型的函數。通過在基類中聲明虛函數,并在派生類中進行重寫,可以在程序運行時根據實際對象類型確定調用的函數版本。這為我們提供了一種靈活的方式來處理繼承關系,使得代碼更具可擴展性和可維護性。u0P28資訊網——每日最新資訊28at.com

虛函數表的作用

虛函數表(virtual function table,簡稱 Vtable)是 實現虛函數的重要機制之一。每個類(包括含有虛函數的類)都會生成一個對應的虛函數表,其中存儲了該類中所有虛函數的地址。u0P28資訊網——每日最新資訊28at.com

當對象被創建時,會分配一個指向其類的虛函數表的指針(虛指針)。通過這個指針,程序能夠在運行時確定調用的函數版本,實現了動態綁定。注意與靜態綁定混淆重載-靜態綁定(鏈接)。u0P28資訊網——每日最新資訊28at.com

虛函數表的性質

  • 每個類都有自己的虛函數表:當一個類中包含至少一個虛函數時,編譯器會為該類生成一個虛函數表。 
  • 虛函數表中存儲的是函數指針:虛函數表中的每個條目都是一個指向對應虛函數的函數指針。 
  • 對象含有指向其類的虛函數表的指針:每個對象都含有一個指向其類的虛函數表的指針,通過這個指針實現動態綁定。 

派生類的虛函數表包含基類的虛函數表內容,并擴展新函數:派生類的虛函數表通常是在基類的虛函數表的基礎上進行擴展的。 u0P28資訊網——每日最新資訊28at.com

示例代碼解釋 讓我們通過一段簡單的代碼來說明虛函數表的工作原理:u0P28資訊網——每日最新資訊28at.com

#include <iostream>class Base {public:    virtual void func1() {        std::cout << "Base::func1()" << std::endl;    }    virtual void func2() {        std::cout << "Base::func2()" << std::endl;    }};class Derived : public Base {public:    void func1() override {        std::cout << "Derived::func1()" << std::endl;    }    void func3() {        std::cout << "Derived::func3()" << std::endl;    }};int main() {    Base* ptr = new Derived();    ptr->func1(); // 動態綁定    ptr->func2(); // 動態綁定    delete ptr;    return 0;}

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在這個示例中,我們創建了一個基類 Base 和一個派生類 Derived,后者重寫了基類中的 func1()。u0P28資訊網——每日最新資訊28at.com

在 main() 函數中,我們創建了一個基類指針指向派生類對象,并通過該指針調用了兩個虛函數 func1() 和 func2()。由于 func1() 是虛函數,并且對象是 Derived 類型,所以會動態綁定到 Derived::func1()。而 func2() 在派生類中沒有被重寫,所以會綁定到基類的版本。u0P28資訊網——每日最新資訊28at.com

虛函數表的大小

先看一個例子(操作環境64位系統)u0P28資訊網——每日最新資訊28at.com

//先看空類大小class test {};//只有一個虛函數的類大小class test1 {  public:    virtual void function(){    std::cout << "function()" << std::endl;    }};//兩個虛函數類的大小class test2 {  public:    virtual void function1(){    std::cout << "function1()" << std::endl;    }        virtual void function2(){    std::cout << "function2()" << std::endl;    }};int main(){  std::cout<<"sizeof test: "<<sizeof(test)<<std::endl;  std::cout<<"sizeof test1: "<<sizeof(test1)<<std::endl;  std::cout<<"sizeof test2: "<<sizeof(test2)<<std::endl;  return 0;}

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類在內存中記錄虛函數是以一個指針記錄的,并且該指針指向一個數組,數組中裝著的是虛函數的地址。同時,經過實驗,64bit的編譯器下,虛函數表的指針大小是8字節。u0P28資訊網——每日最新資訊28at.com

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