虚函数、纯虚函数、多态

一.虚函数

在基类的函数前加上virtual关键字，在派生类中重写该函数，运行时将会根据所指对象的实际类型来调用相应的函数，如果对象类型是派生类，就调用派生类的函数，如果对象类型是基类，就调用基类的函数。

（一）虚表和虚基表指针

要理解这个问题，我们要引出虚表和虚基表

虚表：虚函数表的缩写，类中含有 virtual 关键字修饰的方法时，编译器会自动生成虚表，它是在编译器确定的

虚表指针：在含有虚函数的类实例化对象时，对象地址的前四个字节存储的指向虚表的指针，它是在构造函数中被初始化的

（二）纯虚函数

纯虚函数（Pure Virtual Function）是C++中的一个特殊类型的虚拟函数，它在基类中声明但没有定义。纯虚函数的声明使用virtual关键字，并在函数声明的末尾添加= 0来表示它是一个纯虚函数。子类（派生类）必须提供纯虚函数的实际实现，否则子类也会被标记为抽象类，无法创建对象。

class Shape {
public:// 声明纯虚函数virtual void draw() = 0;// 普通成员函数void displayInfo() {// 这里可以包含一些通用的代码std::cout << "This is a shape." << std::endl;}
};class Circle : public Shape {
public:// 子类必须提供纯虚函数的实现void draw() override {std::cout << "Drawing a circle." << std::endl;}
};class Square : public Shape {
public:// 子类必须提供纯虚函数的实现void draw() override {std::cout << "Drawing a square." << std::endl;}
};int main() {Circle circle;Square square;circle.displayInfo(); // 调用基类函数circle.draw();        // 调用派生类函数square.displayInfo(); // 调用基类函数square.draw();        // 调用派生类函数return 0;
}

在上述示例中，Shape类包含一个纯虚函数draw()，因此Shape类本身是一个抽象类，不能创建它的对象。然后，Circle和Square类都继承自Shape类，并必须提供对draw()的实际实现。这种机制允许多态性（Polymorphism）的实现，允许不同的派生类以不同的方式实现相同的虚拟函数。

二.多态的实现

根据上图举例分析：

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
class A {
public:virtual void prints() {cout << "A::prints" << endl;}A() {cout << "A:构造函数" << endl;}
};
class B:public A {
public:virtual void prints() {cout << "B::prints" << endl;}B() {cout << "B:构造函数" << endl;}
};
class C :public A {
public:};
int main() {A *b = new B();b->prints();b = new C();b->prints();return 0;
}

子类B重写了基类A的虚函数，子类C并没有重写，从结果分析，依然是体现了多态性？？？

下面阐述实现多态的过程：

1.编译器在发现基类中含有虚函数时，会自动为每个含有虚函数的类生成一份虚表，该表是一个一维数组，虚表里保存了虚函数的入口地址

2.编译器会在每个对象的前四个字节中保存一个虚表指针，即vptr，指向对象所属类的虚表

3.所谓的合适时机，在派生类定义对象时，程序运行会自动调用构造函数，在构造函数中创建虚表并对虚表指针进行初始化。在构造子类对象时，会先调用父类的构造函数，此时，编译器只“看到了”父类，并为父类对象初始化虚表指针，令它指向父类的虚表；当调用子类的构造函数时，为子类对象初始化虚表指针，令它指向子类的虚表

4.当派生类对基类的虚函数没有重写时，派生类的虚表指针指向的是基类的虚表；当派生类对基类的虚函数重写时，派生类的虚表指针指向的是自身的虚表；当派生类中有自己的虚函数时，在自己的虚表中将此虚函数地址添加在后面。

所以，指向派生类的基类指针在运行时，就可以根据派生类对虚函数的重写情况动态的进行调用，从而实现多态性。

三.为什么析构函数一般写成虚函数？

由于类的多态性，通常通过父类指针或引用来操作子类对象。因为多套允许我们以统一的方式处理不同的派生类对象，并且在运行时确定要调用的方法。

如果析构函数不被声明为虚函数，则编译器实施静态绑定，在删除基类指针时，只会调用基类的析构函数而不调用派生类析构函数，这样会造成派生类析构不完全，造成内存泄漏。

这种行为是为了确保资源的正确释放。由于我们只知道父类的类型，编译器无法确定指针指向的是哪个子类对象，因此只能调用父类的析构函数来释放资源。

没有虚析构：

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
class A {
public:virtual void prints() {cout << "A::prints" << endl;}A() {cout << "A:构造函数" << endl;}virtual ~A() {cout << "A:析构函数 " << endl;}
};
class B:public A {
public:virtual void prints() {cout << "B::prints" << endl;}B() {cout << "B:构造函数" << endl;}~B() {cout << "B:析构函数 " << endl;}
};
int main() {A *b = new B();b->prints();delete b;b = NULL;return 0;
}

虚析构：

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
class A {
public:virtual void prints() {cout << "A::prints" << endl;}A() {cout << "A:构造函数" << endl;}virtual ~A() {cout << "A:析构函数 " << endl;}
};
class B:public A {
public:virtual void prints() {cout << "B::prints" << endl;}B() {cout << "B:构造函数" << endl;}~B() {cout << "B:析构函数 " << endl;}
};
int main() {A *b = new B();b->prints();delete b;b = NULL;return 0;
}