C++虚函数与多态深入理解

"C++虚函数和多态学习笔记" C++中的虚函数是实现多态性的重要机制。多态性是指程序中不同类型的对象能够以相同的方式进行操作，这种特性在面向对象编程中非常关键，它允许我们编写更加通用和灵活的代码。虚函数使得子类可以重写父类的行为，而这种重写只会在运行时决定，这就是所谓的动态绑定或晚期绑定。 首先，理解虚函数的工作原理。当一个类声明了虚函数，编译器就会为这个类创建一个虚拟函数表（VTABLE）。VTABLE是一个存储该类虚函数地址的表，每个具有虚函数的类都有一个这样的表。同时，编译器会在每个实例对象中添加一个隐藏的指针，即vpointer（VPTR），这个指针指向对应的VTABLE。这样，当通过基类指针调用虚函数时，即使在不知道对象实际类型的情况下，也能正确地调用到子类覆盖的函数。这是因为调用过程不是在编译时决定，而是延迟到了运行时，根据VPTR找到VTABLE中的函数地址来执行。 在C++中，类的大小并不直接与它包含的成员数量成正比。虚函数的存在会影响类的大小，但不是因为虚函数本身，而是由于编译器插入的VPTR。例如，类`no_virtual`没有虚函数，其大小仅为4个字节，与它的成员变量`int a`的大小相同。然而，一旦添加了虚函数，如`one_virtual`和`two_virtual`，类的大小都会增加到8个字节，这是因为编译器为每个实例添加了一个VPTR，它的大小通常等于一个指针的大小。尽管`two_virtual`有两个虚函数，但由于VTABLE中只有一个VPTR，所以其大小并未增加。 此外，需要注意的是，纯虚函数（`virtual void fun() = 0;`）是用来定义抽象类的，这样的类不能被实例化，它们的主要目的是作为接口使用。子类必须实现所有的纯虚函数，否则也会成为抽象类。 虚函数和多态性是C++中面向对象编程的核心特性，它们使得我们可以编写出更加模块化和可扩展的代码。理解这两个概念及其底层工作原理对于深入掌握C++至关重要，能够帮助开发者编写出更高效、更具可维护性的程序。在实际编程中，应合理使用虚函数和多态性，以实现更高级别的设计模式，如工厂模式、策略模式等，从而提高代码的灵活性和可复用性。