浅谈虚函数

什么是多态？什么是虚函数？如何实现的？

多态的实质

就是向不同的对象发送同一个消息，不同对象在接收时会产生不同的行为（即方法）。即一个接口，可以实现多种方法。
多态与非多态的实质区别就是函数地址是早绑定还是晚绑定的。如果函数的调用，在编译器编译期间就可以确定函数的调用地址，并产生代码，则是静态的，即地址早绑定。而如果函数调用的地址不能在编译器期间确定，需要在运行时才确定，这就属于晚绑定。

多态的实现

多态其实一般就是指继承加虚函数实现的多态，对于重载来说，实际上基于的原理是，编译器为函数生成符号表时的不同规则，重载只是一种语言特性，与多态无关，与面向对象也无关，但这又是 C++中增加的新规则，所以如果非要说重载算是多态的一种，那就可以说：
多态可以分为静态多态和动态多态。
静态多态其实就是重载，因为静态多态是指在编译时期就决定了调用哪个函数，根据参数列表来决定；
动态多态是指通过⼦类重写⽗类的虚函数来实现的，因为是在运行期间决定调用的函数，所以称为动态多态，
一般情况下我们不区分这两个时所说的多态就是指动态多态。
动态多态的实现与虚函数表，虚函数指针相关。

虚函数

在基类的函数前加上 virtual 关键字，就是一个虚函数。在派生类中重写该函数，运行时将会根据对象的实际类型来调用相应的函数。如果对象类型是派生类，就调用派生类的函数，如果是基类，就调用基类的函数。

实际上，当一个类中包含虚函数时，编译器会为该类生成一个虚函数表，保存该类中虚函数的地址，同样，派生类继承基类，派生类中自然一定有虚函数，所以编译器也会为派生类生成自自的虚函数表。当我们定义一个派生类对象时，编译器检测该类型有虚函数，所以为这个派生类对象生成一个虚函数指针，指向该类型的虚函数表，这个虚函数指针的初始化是在构造函数中完成的。后续如果有一个基类类型的指针，指向派生类，那么当调用虚函数时，就会根据所指真正对象的虚函数表指针去寻找虚函数的地址，也就可以调用派生类的虚函数表中的虚函数以此实现多态。

虚函数的调用过程和非虚成员函数有什么区别？

调用方式上的区别。

非虚函数是静态调用的。而虚函数在调用时会根据 object 的类型（注意：不是指针或引用的类型）来确定实际被 call 的函数。在现代编译器的实现中，首先通过对象中隐藏的一个指针找到虚函数表，然后从虚函数表对应的 offset 中取出函数指针。

什么是纯虚函数？

纯虚函数就是加了 virtual foo() = 0; 的函数。含有纯虚函数的类被称为抽象类，它无法实例化。子类必须实现父类的所有纯虚函数，否则它将也是一个抽象类。

实际上，纯虚函数的出现就是为了让继承可以出现多种情况：

  • 派生类只继承成员函数的接口；

  • 派生类既继承成员函数的接口，又继承成员函数的实现，而且可以在派生类中可以重写成员函数以实现多态；

  • 派生类在继承成员函数接口和实现的情况下，不能重写缺省的实现。

其实，声明一个纯虚函数的目的就是为了让派生类只继承函数的接口，而且派生类中必需提供一个这个纯虚函数的实现，否则含有纯虚函数的类将是抽象类，不能进行实例化。
对于纯虚函数来说，我们其实是可以给它提供实现代码的，但是由于抽象类不能实例化，调用这个实现的唯一方式是在派生类对象中指出其 class 名称来调用。