c++中虚函数的实现详解

现在我来详细讲解一下 "C++中虚函数的实现详解" 的完整攻略，包含以下内容：

1. 什么是虚函数

虚函数是C++中的一种特殊函数，可以让我们在基类中声明一个方法，在子类中对其进行重新定义，从而实现多态的特性。在实际应用中，我们通常通过将基类指针指向子类对象的方式来调用虚函数。

2. 虚函数的实现

2.1 虚函数表

C++中通过虚函数表（vtable）来实现虚函数的机制，虚函数表是一个存储虚函数指针的数组，存储在类的对象中，每一个类都分配有一个虚函数表，在其中存储了该类中的所有虚函数。

在使用虚函数时，C++使用对象的指针或引用来调用虚函数，首先会根据指针或引用中所存储的虚函数表指针来找到虚函数表，然后再根据函数在虚函数表中的位置来调用对应的虚函数。

2.2 虚函数表指针

对于每一个基类对象，在它的内存布局中都会包含一个虚函数表指针，指向基类所对应的虚函数表，在多继承的情况下，每一个包含虚函数的基类都有一个虚函数指针。在基类中，如果定义了虚函数，那么在调用虚函数时，会从基类的虚函数表中找到对应的函数，再进行调用。如果子类对虚函数进行了重写，那么会在子类的虚函数表中替换对应的虚函数指针。

3. 示例说明

示例1：调用基类和派生类中的虚函数

#include<iostream>

using namespace std;

class Base
{
public:
    virtual void print(){ cout << "base class\n"; }
};

class Derived1 : public Base
{
public:
    void print(){ cout << "derived class 1\n"; }
};

class Derived2 : public Base 
{
public:
    void print(){ cout << "derived class 2\n"; }
};

int main()
{
    Base *ptr;
    Derived1 d1;
    Derived2 d2;
    ptr = &d1;//ptr指向Derived1对象
    ptr -> print();//调用派生类Derived1的虚函数print()
    ptr = &d2;//ptr指向Derived2对象
    ptr -> print();//调用派生类Derived2的虚函数print()
    Base b;
    ptr = &b;//ptr指向父类对象
    ptr -> print();//调用父类中的虚函数print()
    return 0;
}

输出结果为：

derived class 1
derived class 2
base class

该示例中，我们定义了一个基类 Base，它有一个虚函数 print，并且我们从它派生出了两个子类 Derived1 和 Derived2，它们重写了基类的虚函数 print。在主函数中，我们定义了一个基类指针 ptr，并且先让它指向派生类 Derived1 的对象，再调用 ptr 的 print 函数。此时会调用派生类 Derived1 的 print 函数，输出 "derived class 1"。然后我们让 ptr 指向另一个派生类 Derived2 的对象，再次调用 ptr 的 print 函数，此时会调用派生类 Derived2 的 print 函数，输出 "derived class 2"。最后我们定义一个基类对象 b，让 ptr 指向它，并调用 ptr 的虚函数 print，此时会调用基类 Base 的虚函数 print，输出 "base class"。

示例2：含有虚函数的多态类的对象布局

#include<iostream> 

using namespace std; 

class Point { 
public: 
    virtual void show() 
    { 
        cout << "Point "; 
    } 
}; 

class Point2D : public Point { 
public: 
    void show() 
    { 
        cout << "Point2D "; 
    } 
private: 
    int z = 0; 
}; 


int main() 
{ 
    Point p; 
    Point2D p2d; 

    Point *ptr = &p2d; 
    cout << "size of Point: " << sizeof(p) << endl; 
    cout << "size of Point2D: " << sizeof(p2d) << endl; 
    cout << "size of ptr: " << sizeof(ptr) << endl; 

    return 0; 
}