虚函数原理详解

虚函数

虚函数，虚指针和虚表

• 虚函数：用virtual关键字申明的函数叫做虚函数，虚函数肯定是类的成员函数。
• 虚指针和虚表：存在虚函数的类都有一个一维的虚函数表叫做虚表。每一个类的对象都有一个指向虚表开始的虚指针。虚表是和类对应的，虚表指针是和对象对应的。

虚函数实现原理

编译器在编译的时候，发现Base类中有虚函数，此时编译器会为每个包含虚函数的类创建一个虚表（即vtable），该表是一个一维数组（而不是一个链表），在这个数组中存放每个虚函数的地址。由于Base类和Derive类都包含了一个虚函数func()，编译器会为这两个类都建立一个虚表。

那么如何定位虚表呢？
编译器另外还为每个带有虚函数的类的对象自动创建一个虚表指针（即vptr），这个指针指向了对象所属类的虚表。在程序运行时，根据对象的类型去初始化vptr，从而让vptr正确的指向所属类的虚表。所以在调用虚函数时，就能够找到正确的函数。

对于上述程序，由于实际指向的对象类型是Derive，因此vptr指向的Derive类的vtable，当调用func()时，根据虚表中的函数地址找到的就是Derive类的func()函数。

正是由于每个对象调用的虚函数都是通过虚表指针来索引的，也就决定了虚表指针的正确初始化是非常重要的。换句话说，在虚表指针没有正确初始化之前，我们不能够去调用虚函数。
那么虚表指针在什么时候，或者说在什么地方初始化呢？
答案是在构造函数中进行虚表的创建和虚表指针的初始化。

构造函数的调用顺序，在构造子类对象时，要先调用父类的构造函数，之后再完成子类的构造。在调用父类的构造函数时，编译器只“看到了”父类，并不知道后面是否后还有继承者，它初始化虚表指针，将该虚表指针指向父类的虚表。当执行子类的构造函数时，虚表指针被重新赋值，指向自身的虚表。对于以上的例子，当Derive类的对象构造完毕后，其内部的虚表指针也就被初始化为指向Derive类的虚表。在类型转换后，调用func()，由于实际指向的是Derive类的对象，该对象内部的虚表指针指向的是Derive类的虚表，因此最终调用的是Derive类的func()函数。

要注意：对于虚函数调用来说，每一个对象内部都有一个虚表指针，该虚表指针被初始化为本类的虚表。所以在程序中，不管你的对象类型如何转换，但该对象内部的虚表指针是固定的，所以呢，才能实现动态的对象函数调用，这就是C++多态性实现的原理。

虚函数与纯虚函数

• 虚函数主要作用是建立抽象模型，方便系统扩展，理解虚函数+继承实现的多态；
• 纯虚函数是被标明为不具体实现的函数，是一种特殊的函数。
• 虚函数必须是类的非静态成员，其访问权限可以是public或者protected；
• 纯虚函数是虚函数的一个子集，用于抽象类，含有纯虚函数的类就是抽象类，他不能生成对象；
• 很多情况下，基类本身生成对象不合理，比如说，动作作为一个基类，可以派生出猴子、老虎等等具体的一种动物，但是动物类本身生成对象明显不合理。
• 为了解决上述问题，引入纯虚函数，将函数定义为纯虚函数，编译器要求在派生类中必须予以重载或者重写而实现多态；同时含有纯虚函数的类他不能生成对象；

抽象类

• 抽象类不能实例化；
• 抽象类必须通过继承有派生来实现其方法；即对抽象类不能使用 new 关键字，他也不能被封装；
• 抽象类一定要包含纯虚函数；