C++虚函数与多态

C++多态性是通过虚函数来实现的，虚函数允许子类重新定义成员函数，而子类重新定义父类的做法称为覆盖(override)，或者称为重写。（这里我觉得要补充，重写的话可以有两种，直接重写成员函数和重写虚函数，只有重写了虚函数的才能算作是体现了C++多态性）

什么是多态？

父类指针指向一个子类对象，然后通过父亲的指针调用子类的成员函数，这种技术可以让父类的指针有“多种形态”，这是一种泛型技术。所谓泛型技术，说白了就是试图使用不变的代码来实现可变的算法。

多态是基于虚函数的，虚函数是基于重写的

下面是构成多态的条件：（缺一不可!!!!!)

• • 必须存在继承关系；
  • 继承关系中必须有同名的虚函数，并且它们是遮蔽（覆盖）关系。
  • 存在父类的指针，通过该指针调用虚函数（通过父类指针操作子类对象）。

什么时候声明虚函数？

首先看成员函数所在的类是否会作为基类。然后看成员函数在类的继承后有无可能被更改功能，如果希望更改其功能的，一般应该将它声明为虚函数。

如果成员函数在类被继承后功能不需修改，或派生类用不到该函数，则不要把它声明为虚函数。

虚函数实现多态的原理？

虚函数（Virtual Function）是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的。简称为V-Table。

虚函数列表的每个元素都是一个函数指针，指向一个虚函数或者子类重写的函数（子类重写后就会覆盖原来父类的）

如何找到虚函数列表呢？

在C++的标准规格说明书中说到，编译器必需要保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置（这是为了保证正确取到虚函数的偏移量）。这意味着我们通过对象实例的地址得到这张虚函数表，然后就可以遍历其中函数指针，并调用相应的函数。

通俗点解释就是：每个虚函数列表都有一根装着虚函数列表地址的指针vfptr，需要vfptr去记录这个类所使用的虚函数列表，

子类先将父类的虚函数列表拷贝过来，通过父类指针去调用虚函数，通过vfptr去找到虚函数列表中的函数看子类里面有没有重写虚函数的，如果有，则覆盖该函数

v_table是在编译时就存在的，只有一份，属于全局的

vfptr是在创建对象时存在的且是父类中的第一个成员（前四个字节），在构造函数中默认初始化指向自己类的虚函数列表

关于如何获取虚函数的地址可以见：https://www.cnblogs.com/jiayayao/p/6279483.html

接下来我们来具体看一下虚函数的应用：

1、一般继承（无虚函数覆盖）

下面，再让我们来看看继承时的虚函数表是什么样的。假设有如下所示的一个继承关系：

请注意，在这个继承关系中，子类没有重载任何父类的函数。那么，在派生类的实例中，其虚函数表如下所示：

对于实例：Derive d;的虚函数表如下：

我们可以看到下面几点：

1）虚函数按照其声明顺序放于表中。

2）父类的虚函数在子类的虚函数前面。

2、一般继承（有虚函数覆盖）

覆盖父类的虚函数是很显然的事情，不然，虚函数就变得毫无意义。下面，我们来看一下，如果子类中有虚函数重载了父类的虚函数，会是一个什么样子？假设，我们有下面这样的一个继承关系。

为了让大家看到被继承过后的效果，在这个类的设计中，我只覆盖了父类的一个函数：f()。那么，对于派生类的实例，其虚函数表会是下面的一个样子：

我们从表中可以看到下面几点，

1）覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

2）没有被覆盖的函数依旧。

这样，我们就可以看到对于下面这样的程序，

Base *b =newDerive();

b->f();

由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代，于是在实际调用发生时，是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。

3、多重继承（无虚函数覆盖）

下面，再让我们来看看多重继承中的情况，假设有下面这样一个类的继承关系。注意：子类并没有覆盖父类的函数。

对于子类实例中的虚函数表，是下面这个样子：

我们可以看到：

1）每个父类都有自己的虚表。

2）子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。（所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的）

这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例，而能够调用到实际的函数。

4、多重继承（有虚函数覆盖）

下面我们再来看看，如果发生虚函数覆盖的情况。

下图中，我们在子类中覆盖了父类的f()函数。

下面是对于子类实例中的虚函数表的图：

我们可以看见，三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。这样，我们就可以任一静态类型的父类来指向子类，并调用子类的f()了

使用虚函数要注意的问题：

1) 只需要在虚函数的声明处加上virtual 关键字，函数定义处可以加也可以不加。

2、在子类中的同名虚函数是可加关键字virtual也可不加，但是为方便代码阅读，建议是进行添加

3) 当在基类中定义了虚函数时，如果派生类没有定义新的函数来遮蔽此函数，那么将使用基类的虚函数。

4) 只有派生类的虚函数遮蔽基类的虚函数了才能构成多态（通过父类指针访问子类函数）。

例如基类虚函数的原型为virtual void func();，派生类虚函数的原型为virtual void func(int);，那么当基类指针 p 指向派生类对象时，语句p -> func(100);将会出错，而语句p -> func();将调用基类的函数。

5) 构造函数不能是虚函数。对于父类的构造函数，它仅仅是在派生类构造函数中被调用，这种机制不同于继承。也就是说，派生类不继承基类的构造函数，将构造函数声明为虚函数没有什么意义。

6）当子类中的构造函数中存在new对象或者空间时，为避免内存的泄露，需要将父类中的析构函数定义为虚函数。

这是因为析构函数定义为虚函数后，在main函数中调用delete Ani进行析构的时候，会自动调用子类的析构函数，由于调用子类的析构函数会自动析构父类；而析构父类是无法自动析构子类的。

7）普通的全局函数、静态成员函数和构造函数都是不能够指定为虚函数的。对于inline修饰的内联函数，当用virtual对其进行修饰时，inline是失效的。

8）父类即使单纯是一个空的构造函数和空的析构函数（空类），在对父类进行实例化为对象的时候也是占用1个内存空间的，即sizeof（father）=1,。

该1个单元的内存空间是用以标定该对象的存在的，当该父类中有其他如int成员时，就不需要该标定空间.

当父类中定义了虚函数时，该父类的对象的内存空间为4（sizoef(father)=4多了一个虚函数列表指针）。而从该父类继承的所有子类都是会存在一个虚函数表指针的。

虚函数实现多态的优点?

复用和扩展

虚函数实现多态的缺点？

虚函数列表占用空间，效率相对于普通函数慢，安全性不好

哪些函数需要虚函数？什么时候实现多态？

如果父类指针指向子类的对象，需要使用子类的东西，这就是需要虚函数的

什么时候出现父类指针指向子类对象？

需要把不同的类型统一成同一个种类，实现相同功能，但是实现方式不同

https://www.cnblogs.com/jiayayao/p/6279483.html

http://blog.csdn.net/zhanghow/article/details/53588871