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C/C++虚函数的深入理解 c++中的虚函数可以是哪些函数

ccvgpt 2024-11-12 09:53:40 基础教程 8 ℃

我们都知道代码运行时各个系统会为各种对象分配内存,每个具体的函数其实就是一个具体的对象,那么系统在程序运行时也会为每个方法分配对应的内存。而且之前有讲过,为了避免内存的浪费,所有同类的对象是共享同一函数内存的。但是当有继承发生时,函数调用方式是怎么样的呢?

本篇内容就让我们一起来看一下:

C/C++虚函数的深入理解 c++中的虚函数可以是哪些函数

普通函数的调用方式:

假设这里有一个很简单的类Base

我们实例化出来一个类(Base b)然后在vs里用调试模式看一下变量b里面的内容:

可以看到,对象b中只有成员a并没有函数。用sizeof(b)看一下对象大小为4,只有一个整型变量的内存 。

我们可以再实例化几个对象看看,结果还是一样的。这是什么原因呢?假设如果类成员方法也如同属性一样计算在实例大小中的话,那么我们每实例化一个对象时,系统都需要分配更大的内存给每个对象。而函数调用与属性不同,属性每个对象的自有属性值不同,需要做区分,但是函数是公用的,不同的知识函数参数和函数体内部类对象的值,这些都是可以通过调用对象的属性找到的,所以就没必要给每个对象分配函数内存。而是采用下图所示的调用方式:

画起来感觉像神经网络,哈哈!其实很简单,就是函数存在代码区,每个对象要调用的时候直接去对应地址调用就可以了。

好,接下来问题来了,那么碰到继承怎么处理呢?

虚函数的作用

虚函数到底有什么用呢?这边有两个类Base和Child,其中Child继承自Base。

class Base {

public:

int a ;

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

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

void cFunc() { cout << "Base::cFunc" << endl; }

};

class Child:public Base{

public:

int n ;

void aFunc() { cout << "Child::aFunc" << endl; }

void bFunc() { cout << "Child::bFunc" << endl; }

void cFunc() { cout << "Child::cFunc" << endl; }

};

这里,我们先只看两个类中的cFunc()函数,各自实例化Base b ;和Child c ;

分别调用cFunc()函数。

Base b;

Child c ;

b.cFunc();

c.cFunc();

c.Base::cFunc();

运行结果:

Base::cFunc

Child::cFunc

Base::cFunc

好像并没有什么问题,Child类中会覆盖父类Base 中的cFunc()函数,然后通过::域限定符由可以调用父类cFunc()函数。

但是,当我们想用父类对象调用子类函数时,这样的写法又不行:

Base* b_p = new Child;

b_p->cFunc();

结果还是:Base::cFunc

但是如果将Base类中cFunc改为虚函数virtual cFunc后再调用,结果就变成

Child::cFunc,说明父类调用子类方法成功;

这就是虚函数的作用,实现多态;

虚函数和虚函数表

C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。关于多态,简而言之就是用父类型别的指针指向其子类的实例,然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。这种技术可以让父类的指针有“多种形态”,这是一种泛型技术。所谓泛型技术,说白了就是试图使用不变的代码来实现可变的算法。比如:模板技术,RTTI技术,虚函数技术,要么是试图做到在编译时决议,要么试图做到运行时决议。

概念讲完,我们来看一下实例,将上述的Base类中的三个函数中间其中两个函数改成虚函数,具体怎么实现呢?这就需要用到C++的关键virtual。

接下来实例化一个对象b,我们调试并在变量表中查看变量b,看看会发生什么?

我们除了看到有成员a之外还有一个叫_vfptr的成员,此时sizeof(b)的结果已经变成了8。_vfptr的类型为void**类型并且它好像数组一样还有还可以用下标访问,说明他是一个集合。那么它代表什么意思呢?这其实就是一个虚函数表,这个虚函数表存什么呢?对,存地址嘛,地址可以直接找到对应函数,而且地址本身所占空间很小,这样就不浪费空间了。

虚函数表,如此看来就是一个存储着类成员函数的地址的一个数组。如此,我们看继承的时候系统是怎么处理的。

继承

首先创建一个类Child继承于Base,完全不去覆盖父类的虚函数,如图:

我们实例化一个Child对象,Child c;并且sizeof(c)查看其大小。调试查看变量:

可以看到c中也有一个虚函数表,并且地址与父类的地址不同,说明这是两个内存,但是我们看到虚函数表中的成员均与父类虚函数表中一致,这说明,c中的虚函数都是指向父类中的虚函数的。

重写父类函数

class Base {

public:

int a ;

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

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

void cFunc() { cout << "Base::cFunc" << endl; }

};

class Child:public Base{

public:

int n ;

void aFunc() { cout << "Child::aFunc" << endl; }

void bFunc() { cout << "Child::bFunc" << endl; }

void cFunc() { cout << "Child::cFunc" << endl; }

};

我们看下各自虚函数表:

两个虚函数表中的内容已经完全不一样了,这说明在子类中重写了父类的方法,运行时间系统重新分配了内存,如图所示:

父调子

在main函数中添加代码:

Base* b_p = new Child;

b_p->aFunc();

调试查看各变量内容

我们注意看对象b_p中的虚函数表第0项,也就是aFunc() 的地址跟c中虚函数表第0项,也就是aFunc()一样,而不是与b一样,这就说明父类虚函数表中的某个函数指针指向了子类的函数。

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