C++虚函数及虚函数表简析

虚函数

在C++中，通过将类中的某个成员函数定义为虚函数，使得该成员具有多态性质。当我们通过指向派生类对象的基类指针或引用调用虚函数时，实际上会根据这个指针或引用所指向的对象类型，动态地调用该类的对应虚函数，而不是调用基类中定义的虚函数。

虚函数的定义格式如下：

class Base {
public:
    virtual void func(); // 定义虚函数
};

关于虚函数的具体性质和实现方式，请参考下文的虚函数表部分。

虚函数表

虚函数的实现规则则是通过虚函数表来实现的。每个含有虚函数的类都有一个虚函数表，其中存储着该类对象中虚函数的地址。

对于派生类，它的虚函数表中会包含派生类新增的虚函数以及基类的虚函数，并且在这个表中，派生类虚函数的地址排列在基类虚函数的地址之后。

虚函数表的实现方式

虚函数表的实现方式是在类的内部维护一个表，每个类对象都有一个指向这个表的指针。这个表中存储着该类的虚函数地址。在这个表中，虚函数的存储顺序是按照它们在类定义中出现的顺序排列的。

示例

下面通过一个示例来说明C++虚函数及虚函数表的使用和实现。

#include <iostream>

using namespace std;

class Animal {
public:
    virtual void eat() { cout << "Animal is eating" << endl; };
};

class Cat : public Animal {
public:
    void eat() { cout << "Cat is eating" << endl; };
    void meow() { cout << "Meow!" << endl; }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void eat() { cout << "Dog is eating" << endl; };
    void bark() { cout << "Woof!" << endl; }
};

int main() {
    Animal* animals[2];
    Cat cat;
    Dog dog;
    animals[0] = &cat;
    animals[1] = &dog;

    for(int i=0; i<2; i++)
        animals[i]->eat();

    return 0;
}

在上述代码中，我们定义了一个Animal类和两个派生类Cat和Dog，其中Animal类中定义了一个虚函数eat()，派生类中对该虚函数进行了重定义。

在main函数中，我们通过基类指针数组将派生类的地址进行了存储，并通过循环依次调用了它们的虚函数。

运行上述代码，输出结果为：

Cat is eating
Dog is eating

从结果可以看出，派生类中的虚函数会被动态地调用。

总结

C++中的虚函数可以使我们在程序运行时动态地调用派生类中定义的函数，具有很大的灵活性。其实现方式则是通过虚函数表来实现的，每个类对象都有一个指向虚函数表的指针，通过这个指针来找到对应虚函数的地址。虚函数表中存储的地址按照它们在类定义中出现的顺序排列，派生类中的虚函数地址排列在基类的虚函数地址之后。