探秘C++虛函數：解密多態的奧秘
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。
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。
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）。
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。
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：
#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;
}
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()。
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。
虛函數表的大小
先看一個例子（操作環境64位系統）
//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;
}
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。
