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C++ 虚拟函数揭秘：动态连接剖析

王林

发布： 2024-04-28 13:54:01

原创

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c++++ 虚拟函数利用虚拟函数表 (vtable) 和虚指针，提供动态连接，允许子类重写基类方法：编译器生成 vtable，包含虚拟函数地址。每个对象包含指向其 vtable 的虚指针。调用虚拟函数时，虚指针用于检索正确函数的地址并进行调用。这允许子类重写虚拟函数，而无需修改调用者代码。动态连接实现了多态性，可以在运行时选择实现，提高代码的灵活性。

C++ 虚拟函数揭秘：动态连接剖析

C++ 虚拟函数揭秘：动态连接剖析

引言
虚拟函数是 C++ 中多态性的关键机制之一。它们允许子类重写基类中的方法，同时仍然保持代码与基类接口的兼容性。理解虚拟函数的工作原理对于编写健壮、可扩展的 C++ 代码至关重要。

虚拟函数表和虚指针
当编译器遇到虚拟函数时，它会生成一个虚拟函数表 (vtable)，其中包含类的所有虚拟函数地址。每个类的实例都包含一个指向其 vtable 的虚指针。

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当对象调用虚拟函数时，编译器会使用虚指针检索指向正确函数的地址并进行调用。这允许子类重写虚拟函数，而无需修改调用者代码。

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代码示例

考虑以下示例代码：

class Shape {
public:
    virtual double area() = 0; // 纯虚函数
};

class Circle : public Shape {
public:
    virtual double area() override { return PI * radius * radius; }
private:
    double radius;
};

class Square : public Shape {
public:
    virtual double area() override { return side * side; }
private:
    double side;
};

int main() {
    Shape* shapes[] = { new Circle(5), new Square(3) };
    for (auto shape : shapes) {
        cout << "Area: " << shape->area() << endl;
    }
}

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实战案例：动态连接
上面的代码演示了动态连接。即使 main 函数只知道 Shape 接口，它仍然可以通过虚函数调用来访问子类方法。这允许我们在运行时选择不同的实现，提供极大的灵活性。

在下面的输出中，虚函数动态连接正常运行：