虚函数

我们知道，动态多态是借助虚函数实现的，下面是关于虚函数的一些介绍。

通俗来讲，虚函数是在编译时，并不能确定的类函数，而是在运行时确定的。
独特功能：基类对象访问派生类的函数。
步骤

定义基类时，函数声明为虚（virtual）
派生类中，重写基类中定义为虚的函数。
声明基类指针指向派生类对象。调用虚函数

class A
{
  public:
      virtual void foo()
      {
          cout<<"A::foo() is called"<<endl;
      }
};

class B:public A
{
  public:
      void foo()
      {
          cout<<"B::foo() is called"<<endl;
      }
};

int main(void)
{
    A *a = new B();
    a->foo();   // 在这里，a虽然是指向A的指针，但是被调用的函数(foo)却是B的!
    return 0;
}

纯虚函数

纯虚函数可使当前类变成抽象类，禁止该类被实例化，并要求其非抽象类的派生类必须重写该纯虚函数。

virtual void func() = 0;

定义纯虚函数时，不需要定义函数的实现部分。「= 0」表明程序员将不定义该函数，函数声明是为派生类保留一个位置。「= 0」的本质是将指向函数体的指针定为 $n u l l p t r$

特点

类中一旦出现纯虚函数，就不可实例化了（抽象类）；
纯虚函数有函数体，但最终还是要被派生类重写，在派生类的函数中可以调用基类中有函数体的纯虚函数；
为使派生类能完全释放资源，基类析构函数必须声明为虚函数。否则，在用基类指针new一个派生类对象后，delete该指针就只能回收与基类相关的资源，造成内存泄漏；
纯虚析构函数必须要有函数体。

抽象类

存在纯虚函数的类，叫抽象类。

抽象类不能用作参数类型、函数返回类型或显式转换的类型。
可以定义指向抽象类的指针和引用，此指针可以指向它的派生类，进而实现多态性。
抽象类只能用作其他类的基类，不能建立抽象类对象。

虚函数表

对象创建时,编译器对vptr进行初始化，只有当对象构造完全结束后vptr的指向才最终确定。
使用虚函数时，对象会多出4字节的虚指针，指针指向类的虚函数表。对象不包含虚函数表，只有虚指针，类才包含虚函数表。
虚表中的指针顺序，取决于类中虚函数的声明顺序。
虚函数表在实例化对象创建时创建。

虚指针&虚表

vptr & vtbl。只要类中有虚函数，类对象内部就会有出现一个指针。虚指针用来指向虚表中的函数指针指向虚函数的地址。未重写的虚函数，基类和派生类共用。重写了的，各自虚表中指向重写后的地址。
通过指针，向上转型，指向虚函数。(*p->vptr[n])(p)

相关面试题

动态分配堆上内存的时候，析构函数必须是虚函数。

动态的去分配堆区的空间时，无法在程序运行结束自动释放内存。若基类指针指向派生类，然后基类指针调用delete方法，只能释放基类的内存，进而导致内存泄露。
析构函数定义成虚函数，基类指针调用delete方法，会先调用派生类的析构函数，然后自动调用基类的析构函数。

友元函数不能为虚函数

友元函数，不属于这个类的成员函数。而且虚函数的目的是通过基类对象访问派生类实现的函数，友元函数不是不是成员函数，更无继承关系。

多继承

多继承下有多个虚表。多个基类之间（类内部按声明顺序）的虚函数，按照继承的顺序，存放虚函数指针。
虚函数表中，派生类重写的虚函数替换了基类虚函数指针，并指向了派生类的函数实现。

哪些函数不支持声明为虚函数

非成员函数、静态成员函数、内联成员函数、构造函数、友元函数。

非成员函数：非成员函数只能重载，不能重写。编译器会在编译时绑定函数。
构造函数：构造函数用来创建一个新的对象,而虚函数的运行是建立在对象的基础上,在构造函数执行时,对象尚未形成,所以不能将构造函数定义为虚函数。
内联函数：内联函数就是为了在代码中直接展开，减少函数调用花费的代价，虚函数是为了在继承后对象能够准确的执行自己的动作，这是不可能统一的。
静态成员函数：静态成员函数对于每个类来说只有一份代码，所有的对象都共享这一份代码，他也没有要动态绑定的必要性。
友元函数： C++不支持友元函数的继承，对于没有继承特性的函数没有虚函数的说法。

为什么构造函数调用虚函数不能实现多态？

子类构造函数要先调用父类构造函数，虚函数实现重载靠的是动态绑定。
如果构造函数中的虚函数为动态绑定(多态)，则子类在构造时，子类的构造函数先调用父类构造函数，而此时父类构造函数不能调用子类的重载函数（子类还未创建，没有虚表。）

怎么通过虚函数实现的多态？(内存、寻址等)

通过对象内存中的vptr找到虚函数表vtbl，接着通过vtbl找到对应虚函数的实现区域并进行调用。
类的成员函数存在于.text segment段，为类的所有对象公有。(不管创建多少个对象)成员变量存在于.stack/.heap中供类对象独有。
含有虚函数的类对象除了存储成员变量外，还存储一个虚指针vptr，这个虚指针指向一张虚表vtbl。vtbl中存的数据为函数指针，存储着虚函数调用的具体函数所在的地址。