【C++】关键字：virtual 虚函数虚基类

绝地灬酷狼 2023-09-23 23:44 44阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  1. 虚函数
 *  2. 虚基类
 *  3. 纯虚函数

virtual在英文中表示“虚”、“虚拟”的含义。c++中的关键字“virtual”主要用在两个方面：虚函数与虚基类。下面将分别从这两个方面对virtual进行介绍。

## 1. 虚函数 ##

虚函数源于c++中的类继承，是多态的一种。在c++中，一个基类的指针或者引用可以指向或者引用派生类的对象。同时，派生类可以重写基类中的成员函数。这里“重写”的要求是函数的特征标（包括参数的数目、类型和顺序）以及返回值都必须与基类中的函数一致。如下所示：

class base
    {
        
    	int a,b;
    public:
    	void test(){
         cout<<"基类方法！"<<endl; }
            virtual ~base(){
        }
    };
     
    class inheriter:public base
    {
        
    public:
    	void test(){
         cout<<"派生类方法！"<<endl; }     //重写基类方法
    };

可以在基类中将被重写的成员函数设置为虚函数，其含义是：**当通过基类的指针或者引用调用该成员函数时，将根据指针指向的对象类型确定调用的函数，而非指针的类型。**

如下，是未将test()函数设置为虚函数前的执行结果：

base *p1=new base;
    base *p2=new inheriter;
    p1->test();                                      //输出“基类方法”
    p2->test();                                      //输出“基类方法”

在将test()函数设置为virtual后，执行结果如下：

base *p1=new base;                               //p1指向base类
    base *p2=new inheriter;                          //p2指向inheriter类
    p1->test();                                      //输出“基类方法”
    p2->test();                                      //输出“派生类方法”

如此，便可以将基类与派生类的同名方法区分开，实现多态。

**说明：**

1.  只需将基类中的成员函数声明为虚函数即可，派生类中重写的virtual函数自动成为虚函数；
2.  基类中的析构函数必须为虚函数，否则会出现对象释放错误。以上例说明，如果不将基类的析构函数声明为virtual，那么在调用delete p2;语句时将调用基类的析构函数，而不是应当调用的派生类的析构函数，从而出现对象释放错误的问题。
3.  重写函数的特征标必须与基类函数一致，否则将覆盖基类函数；
4.  重写不同于重载。我对重载的理解是：同一个类，内部的同名函数具有不同的参数列表称为重载；重写则是派生类对基类同名函数的“本地改造”，要求函数特征标完全相同。当然，返回值类型不一定相同（可能会出现返回类型协变的特殊情况）。
5.  虚函数的使用将导致类对象占用更大的内存空间。对这一点的解释涉及到虚函数调用的原理：编译器给每一个包括虚函数的对象添加了一个隐藏成员：指向虚函数表的指针。虚函数表（virtual function table）包含了虚函数的地址，由所有虚函数对象共享。当派生类重新定义虚函数时，则将该函数的地址添加到虚函数表中。无论一个类对象中定义了多少个虚函数，虚函数指针只有一个。相应地，每个对象在内存中的大小要比没有虚函数时大4个字节（32位主机，不包括虚析构函数）。如下：

cout<<sizeof(base)<<endl;                        //12
    cout<<sizeof(inheriter)<<endl;                   //12

base类中包括了两个整型的成员变量，各占4个字节大小，再加上一个虚函数指针，共计占12个字节；inheriter类继承了base类的两个成员变量以及虚函数表指针，因此大小与基类一致。如果inheriter多重继承自另外一个也包括了虚函数的基类，那么隐藏成员就包括了两个虚函数表指针。

## 2. 虚基类 ##

在c++中，派生类可以继承多个基类。问题在于：如果这多个基类又是继承自同一个基类时，那么派生类是不是需要多次继承这“同一个基类”中的内容？虚基类可以解决这个问题。

简而言之，虚基类可以使得从多个类（它们继承自一个类）中派生出的对象只继承一个对象。虚继承的写法如下：

class mytest:virtual public base
    {
        
    };

base称为mytest类的虚基类。假设base还是另外一个类mytest2的虚基类，对于多重继承mytest和mytest2的子类mytest3而言，base的部分只继承了一次。如下：

class base
    {
        
    	int b;
    public:
    	virtual void test(){
         cout<<"基类方法！"<<endl; }
    	virtual ~base(){
        };
    };
     
    class mytest:virtual public base
    {
        
    };
     
    class mytest2:virtual public base
    {
        
    };
     
    class mytest3:public mytest,public mytest2
    {
        
    };
     
    cout<<sizeof(mytest)<<endl;                  //输出12
    cout<<sizeof(mytest2)<<endl;                 //输出12
    cout<<sizeof(mytest3)<<endl;                 //输出16，若在base中添加一个int型成员，则输出20

mytest类与mytest2类的大小为什么是12？这是因为它们在虚继承自base类后，添加了一个隐藏的成员——指向虚基类的指针，占4个字节。而base类本身占8个字节，因此它们的大小均为12。而对非虚继承而言，是不需要这样的一个指针的。而mytest3类的大小为sizeof(base)+sizeof(mytest-base)+sizeof(mytest2-base)，即16。

**说明：**

1.若一个类多重继承自具有同一个基类的派生类时，调用同名成员函数时会出现二义性。为了解决这个问题，可以通过作用域解析运算符澄清，或者在类中进行重新定义；

2.继承关系可能是非常繁复的。一个类可能多重继承自别的类，而它的父类也可能继承自别的类。当该类从不同的途径继承了两个或者更多的同名函数时，如果没有对类名限定为virtual，将导致二义性。当然，如果使用了虚基类，则不一定会导致二义性。编译器将选择继承路径上“最短”的父类成员函数加以调用。该规则与成员函数的访问控制权限并不矛盾。也就是说，不能因为具有更高调用优先级的成员函数的访问控制权限是"private"，而转而去调用public型的较低优先级的同名成员函数。

## 3. 纯虚函数 ##

若一个类的成员函数被声明为纯虚函数，则意味着该类是ABC(Abstract Base Class，抽象基类)，即只能被继承，而不能用来声明对象。纯虚函数通常需要在类声明的后面加上关键词“=0”。

当然，声明为纯虚函数并不意味着在实现文件中不可对其进行定义，只是意味着不可用抽象基类实现一个具体的对象。