C 语言虚函数：全面指南149

虚函数是 C++ 中面向对象编程 (OOP) 的一个关键概念，它允许在基类和派生类中定义具有相同函数签名但不同实现的函数。这使得子类可以重写基类方法，从而实现多态性。

虚函数的语法

要声明虚函数，需要在基类中使用 virtual 关键字。派生类中重写的函数必须具有与基类函数相同的签名，包括返回类型和参数列表。
// 基类
class Base {
public:
virtual void display();
};
// 派生类
class Derived : public Base {
public:
virtual void display() override;
};

虚函数的创建和调用

虚函数在运行时根据指向对象的实际类型进行调用。这意味着即使通过基类指针调用虚函数，也会执行派生类的实现。
Base* basePtr = new Derived();
basePtr->display(); // 调用 Derived::display()

纯虚函数

纯虚函数是只声明但不实现的虚函数。基类中的纯虚函数迫使派生类实现该函数，否则派生类将变为抽象类，无法创建对象。
class Shape {
public:
virtual double area() = 0;
};

派生类必须实现所有基类的纯虚函数，否则将成为抽象类。
class Circle : public Shape {
public:
virtual double area() override;
};

虚指针和虚表

为了实现虚函数，编译器会创建虚指针和虚表。虚指针是存储在对象的内存布局中的一个指针，指向虚表。虚表是一个包含虚函数地址的数组。

当调用虚函数时，编译器会使用虚指针查找虚表并调用相应函数的地址。

虚函数的优点

虚函数为面向对象编程提供了以下优点：* 多态性：允许子类重写父类方法，从而实现不同的行为。
* 代码重用：基类中的虚函数可以被派生类重用，避免重复代码。
* 可扩展性：可以轻松地向基类添加新方法，而无需修改派生类。

虚函数的局限性

虚函数也有一些局限性：* 运行时开销：虚函数的运行时开销高于非虚函数，因为需要查找虚表和调用正确的函数。
* 代码膨胀：每个虚函数都会在派生类的虚表中创建一个条目，从而导致代码膨胀。
* 继承深度：在深度继承层次结构中使用虚函数可能会导致虚函数调用链过长，影响性能。