【C++学习笔记】虚函数

超、凢脫俗 2022-10-18 12:55 194阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  0x00 前言
 *  0x02 虚函数
 *   *  1 一般虚函数成员
     *  2 虚析构函数

# 0x00 前言 #

文章中的文字可能存在语法错误以及标点错误，请谅解；

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本文档为个人边学习边记录的C++笔记，非教程，笔记中会存在引用他人文章内容的部分，被引用的原文不会被特殊标记出来，但会在参考文档中给出原文链接。

# 0x02 虚函数 #

虚函数是动态绑定的基础。虚函数必须是非静态的成员函数。虚函数经过派生之后，在类族中就可以实现运行过程中的多态。

根据赋值兼容规则，可以使用派生类的对象代替基类对象。如果基类类型的指针指向派生类对象，就可以通过这个指针来访问该对象，问题是访问到的只是从基类继承来的同名成员。解决这一问题的办法是：**如果需要通过基类的指针指向派生类的对象，并访问某个与基类同名的成员，那么首先在基类中将这个同名函数说明为虚函数。这样，通过基类类型的指针，就可以使属于不同派生类的不同对象产生不同的行为，从而实现运行过程的多态。**

## 1 一般虚函数成员 ##

一般虚函数成员的声明语法为：

virtual 函数类型 函数名(形参表);

虚函数声明只能出现在类定义中的函数原型声明中，而不能在成员函数实现的时候。

运行过程中的多态需要满足3个条件，第一是类之间满足赋值兼容规则，第二是要声明虚函数，第三是要由成员函数来调用或者是通过指针、引用来访问虚函数。如果是使用对象名来访问虚函数，则绑定在编译过程中就可以进行（静态绑定），而无需在运行中进行。

虚函数一般不声明为内联函数，因为对虚函数的调用需要动态绑定，而对内联函数的处理是静态的，所以虚函数一般不能以内联函数处理。但将虚函数声明为内联函数也不会引起错误。

在UML语言中，一般的虚函数是通过在成员函数前添加<< virtual >>构造型来表示。

例：虚函数成员。  
![在这里插入图片描述][20210708101436413.jpg_pic_center]

包含虚成员函数的Base1类及派生关系的UML图形表示

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    class Base1{ 
    public:
    	virtual void display() const;
    };
    void Base1::display() const{ 
    	cout << "Base1::display" << endl;
    }
    
    class Base2:public Base1{ 
    public:
    	void display() const;
    };
    void Base2::display() const{ 
    	cout << "Base2::display" << endl;
    }
    
    class Derived: public Base2{ 
    public:
    	void display() const;
    };
    void Derived::display() const{ 
    	cout << "Derived::display()" << endl;
    }
    
    void fun(Base1 *ptr){ 
    	ptr->display();
    }
    
    int main(){ 
    	Base1 base1;
    	Base2 base2;
    	Derived derived;
    	fun(&base1);
    	fun(&base2);
    	fun(&derived);
    	
    	return 0;
    }

运行结果：

Base1::display
    Base2::display
    Derived::display()

通过基类类型指针就可以访问到正在指向的对象的成员，这样，能过够对同一类族中的对象进行统一的处理，抽象程度更高，程序更简洁、更高效。

在本程序中，派生类并没有显示给出虚函数声明，这时系统就会遵循以下规则来判断派生类的一个函数成员是不是虚函数。  
·该函数是否与基类的虚函数有相同的名称  
·该函数是否与基类的虚函数有相同的参数个数以及相同的对应参数类型。  
·该函数是否与基类的虚函数有相同的返回值或者满足赋值兼容规则的指针、引用型的返回值。

如果从名称、参数及返回值3个方面检查之后，派生类的函数满足了上述条件，就会自动确定为虚函数。这时，派生类的虚函数便覆盖了基类的虚函数。不仅如此，派生类中的虚函数还会隐藏基类中同名函数的所有其他重载形式。

## 2 虚析构函数 ##

在C++中，不能声明虚构造函数，但是可以声明虚析构函数。析构函数没有类型，也没有参数，和普通成员函数相比，虚析构函数情况略微简单些。

虚析构函数的声明语法为：

virtual ~类名();

如果一个类的析构函数是虚函数，那么由它派生而来的所有子类的析构函数也是虚函数。析构函数设置为虚函数之后，在使用指针引用时可以动态绑定，实现运行时的多态，保证使用基类类型的指针就能够调用适当的析构函数针对不同对象进行清理工作。

简单来说，如果有可能通过基类指针调用对象的析构函数（通过delete），就需要让基类的析构函数称为虚函数，否则会产生不确定的后果。

例：首先看一个没有使用虚析构函数的程序

#include<iostream>
    using namespace std;
    
    class Base{ 
    public:
    	~Base();
    };
    
    Base::~Base(){ 
    	cout << "Base destructor" << endl;
    };
    
    class Derived:public Base{ 
    public:
    	Derived();
    	~Derived();
    private:
    	int *p;
    };
    
    Derived::Derived(){ 
    	p = new int(10);
    }
    
    Derived::~Derived(){ 
    	cout << "Derived destructor" << endl;
    }
    
    void fun(Base *b){ 
    	delete b;
    }
    
    int main(){ 
    	Base *b = new Derived();
    	fun(b);
    	return 0;
    }

运行结果：

Base destructor

这说明，通过基类指针删除派生类对象时调用的时基类的析构函数，派生类的析构函数没有执行，因此派生类对象中动态分配的内存空间没有得到释放，造成了内存泄漏。也就是说派生类对象成员p所指向的内存空间，在对象消失后既不能被本程序继续使用也没有释放，对于内存需求量较大、长期连续运行的程序来说，如果持续发生这样的错误时很危险的，最终将导致内存不足而引起程序终止。

避免上述错误的有效方法就是将析构函数声明为虚函数：

class Base{ 
    public:
    	virtual ~Base();
    };

此时运行时的输出信息为：

Derived destructor
    Base destructor

这说明派生类的析构函数被调用了，派生类对象中动态申请的内存空间被正确的释放了。这是由于使用了虚析构函数，实现了多态。

《C++语言程序设计（第4版）》书上所有章节出现的示例源代码随着学习的深入会陆续上传至github，代码为个人手动输入并通过编译，有的示例代码可能没有注释：[https://github.com/fyw4/C-plus-plus-learning-example][https_github.com_fyw4_C-plus-plus-learning-example]

以上。

参考文档：  
郑莉 董渊 何江舟.《C++语言程序设计（第4版）》\[M\].北京：清华大学出版社。

[20210708101436413.jpg_pic_center]: /images/20221005/3e94e1384ef64180a9f57aa7f2ef0d4e.png
[https_github.com_fyw4_C-plus-plus-learning-example]: https://github.com/fyw4/C-plus-plus-learning-example