virtual关键字实现运行时多态,通过虚函数表和虚函数指针机制,使基类指针调用实际对象的重写函数,支持动态绑定与抽象类设计。

在C++中,virtual关键字主要用于实现运行时多态,也就是我们常说的动态绑定。它的核心作用是让基类的指针或引用在调用被重写的函数时,能够根据实际指向的对象类型来决定调用哪个版本的函数,而不是仅仅依据指针或引用的类型。
虚函数与多态的基本用法
当一个函数在基类中被声明为 virtual,派生类可以重写(override)这个函数。通过基类指针或引用调用该函数时,程序会自动调用实际对象类型的函数版本。
例如:
class Animal {
public:
virtual void speak() {
cout << "Animal speaks" << endl;
}
};
class Dog : public Animal {
public:
void speak() override {
cout << "Dog barks" << endl;
}
};
int main() {
Animal* ptr = new Dog();
ptr->speak(); // 输出: Dog barks
delete ptr;
return 0;
}
如果没有 virtual 关键字,输出将是 "Animal speaks",因为编译器会进行静态绑定。加上 virtual 后,调用的是 Dog 类的 speak(),实现了多态。
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虚函数表(vtable)与虚函数指针(vptr)
C++ 实现虚函数的核心机制是虚函数表(virtual table,简称 vtable)和虚函数指针(vptr)。
- 每个包含虚函数的类都有一个由编译器生成的虚函数表,它是一个函数指针数组,存储了该类所有虚函数的实际地址。
- 每个该类的对象内部会包含一个隐式的指针(vptr),指向其所属类的虚函数表。
- 当通过基类指针调用虚函数时,程序会通过对象的 vptr 找到对应的 vtable,再从中查找函数地址并调用。
这个过程发生在运行时,因此称为动态绑定。
纯虚函数与抽象类
virtual 还可以用来定义纯虚函数,语法为:
virtual void func() = 0;
含有纯虚函数的类称为抽象类,不能实例化对象。派生类必须实现所有纯虚函数,否则也仍是抽象类。
这常用于定义接口,强制派生类提供具体实现。
注意事项与常见误区
- 析构函数应声明为 virtual:如果基类的析构函数不是虚函数,通过基类指针删除派生类对象时,只会调用基类的析构函数,造成资源泄漏。
- 构造函数不能是虚函数:因为对象还没完全构造好,vptr 还未初始化。
- 内联函数与虚函数:虚函数通常不能内联,因为内联是在编译期展开,而虚函数调用在运行时才确定。
基本上就这些。virtual 是 C++ 多态的基础,理解它背后的 vtable 机制有助于写出更高效、安全的面向对象代码。










