C++ Primer學習筆記（14）——虛函數的實現機制、純虛函數

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在行文之前查閱了相關書籍，參考了一些別人的部落格，在這裡謝謝大家的分享！希望自己和大家在學習語言的道路上漸行漸遠，一直走下去~~~

上一篇文章中說道，C++ 的三個基本特質是 封裝、繼承、多態。

多態性是將介面與實現進行分離。用形象的語言解釋就是實現已共同的方法，但因個體差異而採用不同的策略。

多態包括靜多態和動多態，分別在編譯和運行過程中實現。而動多態是由虛函數來實現的，其實現機制體現了C++的神秘性。

1.虛函數的實現機制

虛函數是那些以 virtual 關鍵字修飾的成員函數，是用來實現多態的。

兩個重要的關鍵詞揭示了它的神秘面紗 ： 虛表、虛指標。每個類用了一個虛表，每個類對象用了一個虛指標。

具體示範如下：

class A{public:    virtual void f();    virtual void g();private:    int a;};class B : public A{public:    void f();   // 覆蓋父類A中的虛函數f()private:    int b; };

因為 A 有 virtual void f( ) ，和 g( )，所以編譯器為 A 類準備了一個虛表 vtableA，內容如下：

B 繼承了A，所以裡面也有繼承於A的虛函數，故B也有一個虛表vtableB：

PS：因為B:: g是重寫了的，所以B的虛表的g放的是B::g的入口地址，而f 還是A:: g 的入口地址。

當執行B bt; 定義類對象的時候，編譯器分配空間時，除了 A 的int a 成員 , B的 int b 成員，還分配了指向B的虛表vtableB 的指標vptr ， 對象bt 的布局如下：

其中，虛表指標總是在最前面的。

當執行下面的語句時：

A *pa = &bt;  //一個A 類型的指標，指向B類型的對象bt

pa ->g( ) 實際上是由 指標vptr指向B的虛表vtableB，然後去裡面尋找g()函數。可以看到，vtableB裡面是 B:: g( )，即B 自己的g( )，而不是A 的g( )。
這就是多態。

總結：

要知道 虛函數實現多態的機制，謹記虛表、虛指標。能夠列出父類和子類的虛表，以及子類對象的虛指標，就不難理解這個機制了。

2. 純虛函數（pure virtual function）

很多時候，定義一個類的對象是沒有意義的，例如，動物這個類，由它可以派生出大象、獅子、猴子等子類，但動物本身產生對象是沒有實際意義的。為瞭解決這個問題，提出了純虛函數的概念。
假如定義的虛函數為：

virtual void animals(string& name, int age){}

那麼如下就是純虛函數：

virtual void animals(string& name, int age) = 0;   // 函數體直接為0 的虛函數

存在純虛函數的類稱為 抽象類別，是一個單純地介面，抽象類別本身執行個體化，即不能產生對象，只能也必須在衍生類別中去執行個體化。

什麼情況下使用純虛函數呢？

• 當想在基類中抽象出一種方法，且該基類只能被繼承，不能執行個體化

• 這個方法必須在衍生類別中實現

針對上述兩點分別舉例說明：

1） 抽象類別不能執行個體化

例如：定義一個形狀的類（Cshape），但凡是形狀我們都要求能顯示自己，所以定義一個類如下：

class Cshape{    virtual show(){}};

我們不想將這個類執行個體化，首先會想到將show( )這個函數的函數體 { } 刪除，改為 virtual show( );

這時如果嘗試執行個體化 Cshape shape; 這樣其實是能夠通過編譯的，只能在串連的時候報錯。

那麼如何能夠在編譯的時候就報錯呢？

~~用純虛函數：

class Cshape{    virtual show() = 0； // 純虛函數不能執行個體化}；

2) 該方法必須在衍生類別中實現

如上面的例子，show( ) 必須在每一個子類中實現，即在子類中重新定義自己的 show( ) 函數，若沒有定義，編譯時間就會報錯：

// 定義Cshape 的衍生類別，忘了定義show()class CPoint : public Cshape{  public:    void msg()    {        cout << " 這是一個點。" << endl;    }private:    float x;    float y;};// 下面執行個體化 CPoint 類的時候就會報錯！！！CPoint point1;

在編譯的時候就會報錯！！！

~~~~
這是不是一個預防在衍生類別中實現基類的方法？ (^__^)

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C++ Primer學習筆記（14）——虛函數的實現機制、純虛函數