c++中的虛函式(virtual function)
1.簡介
虛函式是c++中用於實現多型(polymorphism)的機制。核心理念就是通過基類訪問派生類定義的函式。假設我們有下面的類層次：
class a
};class b: public a
};那麼，在使用的時候，我們可以：
a * a = new b();
a->foo(); // 在這裡，a雖然是指向a的指標，但是被呼叫的函式(foo)卻是b的!
這個例子是虛函式的乙個典型應用，通過這個例子，也許你就對虛函式有了一些概念。它虛就虛在所謂「推遲聯編」或者「動態聯編」上，乙個類函式的呼叫並不是在編譯時刻被確定的，而是在執行時刻被確定的。由於編寫**的時候並不能確定被呼叫的是基類的函式還是哪個派生類的函式，所以被成為「虛」函式。
虛函式只能借助於指標或者引用來達到多型的效果，如果是下面這樣的**，則雖然是虛函式，但它不是多型的：
class a
;class b: public a
;void bar()
1.1 多型
在了解了虛函式的意思之後，再考慮什麼是多型就很容易了。仍然針對上面的類層次，但是使用的方法變的複雜了一些：
void bar(a * a)
因為foo()是個虛函式，所以在bar這個函式中，只根據這段**，無從確定這裡被呼叫的是a::foo()還是b::foo()，但是可以肯定的說：如果a指向的是a類的例項，則a::foo()被呼叫，如果a指向的是b類的例項，則b::foo()被呼叫。
這種同一**可以產生不同效果的特點，被稱為「多型」。
1.2 多型有什麼用？
多型這麼神奇，但是能用來做什麼呢？這個命題我難以用一兩句話概括，一般的c++教程（或者其它物件導向語言的教程）都用乙個畫圖的例子來展示多型的用途，我就不再重複這個例子了，如果你不知道這個例子，隨便找本書應該都有介紹。我試圖從乙個抽象的角度描述一下，回頭再結合那個畫圖的例子，也許你就更容易理解。
在物件導向的程式設計中，首先會針對資料進行抽象（確定基類）和繼承（確定派生類），構成類層次。這個類層次的使用者在使用它們的時候，如果仍然在需要基類的時候寫針對基類的**，在需要派生類的時候寫針對派生類的**，就等於類層次完全暴露在使用者面前。如果這個類層次有任何的改變（增加了新類），都需要使用者「知道」（針對新類寫**）。這樣就增加了類層次與其使用者之間的耦合，有人把這種情況列為程式中的「bad smell」之一。
多型可以使程式設計師脫離這種窘境。再回頭看看1.1中的例子，bar()作為a-b這個類層次的使用者，它並不知道這個類層次中有多少個類，每個類都叫什麼，但是一樣可以很好的工作，當有乙個c類從a類派生出來後，bar()也不需要「知道」（修改）。這完全歸功於多型--編譯器針對虛函式產生了可以在執行時刻確定被呼叫函式的**。
1.3 如何「動態聯編」
編譯器是如何針對虛函式產生可以再執行時刻確定被呼叫函式的**呢？也就是說，虛函式實際上是如何被編譯器處理的呢？lippman在深度探索c++物件模型[1]中的不同章節講到了幾種方式，這裡把「標準的」方式簡單介紹一下。
我所說的「標準」方式，也就是所謂的「vtable」機制。編譯器發現乙個類中有被宣告為virtual的函式，就會為其搞乙個虛函式表，也就是vtable。vtable實際上是乙個函式指標的陣列，每個虛函式占用這個陣列的乙個slot。乙個類只有乙個vtable，不管它有多少個例項。派生類有自己的vtable，但是派生類的vtable與基類的vtable有相同的函式排列順序，同名的虛函式被放在兩個陣列的相同位置上。在建立類例項的時候，編譯器還會在每個例項的記憶體布局中增加乙個vptr欄位，該欄位指向本類的vtable。通過這些手段，編譯器在看到乙個虛函式呼叫的時候，就會將這個呼叫改寫，針對1.1中的例子：
void bar(a * a)
會被改寫為：
void bar(a * a)
因為派生類和基類的foo()函式具有相同的vtable索引，而他們的vptr又指向不同的vtable，因此通過這樣的方法可以在執行時刻決定呼叫哪個foo()函式。
雖然實際情況遠非這麼簡單，但是基本原理大致如此。
1.4 overload和override
虛函式總是在派生類中被改寫，這種改寫被稱為「override」。我經常混淆「overload」和「override」這兩個單詞。但是隨著各類c++的書越來越多，後來的程式設計師也許不會再犯我犯過的錯誤了。但是我打算澄清一下：
override是指派生類重寫基類的虛函式，就象我們前面b類中重寫了a類中的foo()函式。重寫的函式必須有一致的參數列和返回值（c++標準允許返回值不同的情況，這個我會在「語法」部分簡單介紹，但是很少編譯器支援這個feature）。這個單詞好象一直沒有什麼合適的中文詞彙來對應，有人譯為「覆蓋」，還貼切一些。
overload約定成俗的被翻譯為「過載」。是指編寫乙個與已有函式同名但是參數列不同的函式。例如乙個函式即可以接受整型數作為引數，也可以接受浮點數作為引數。
2. 虛函式的語法
虛函式的標誌是「virtual」關鍵字。
2.1 使用virtual關鍵字
考慮下面的類層次：
class a
;class b: public a
;class c: public b // 從b繼承，不是從a繼承！
;這種情況下，b::foo()是虛函式，c::foo()也同樣是虛函式。因此，可以說，基類宣告的虛函式，在派生類中也是虛函式，即使不再使用virtual關鍵字。
2.2 純虛函式
如下宣告表示乙個函式為純虛函式：
class a
;乙個函式宣告為純虛後，純虛函式的意思是：我是乙個抽象類！不要把我例項化！純虛函式用來規範派生類的行為，實際上就是所謂的「介面」。它告訴使用者，我的派生類都會有這個函式。
2.3 虛析構函式
析構函式也可以是虛的，甚至是純虛的。例如：
class a
;當乙個類打算被用作其它類的基類時，它的析構函式必須是虛的。考慮下面的例子：
class a
~a() // 非虛析構函式
private:
char * ptra_;
};class b: public a
~b()
private:
char * ptrb_;
};void foo()
在這個例子中，程式也許不會象你想象的那樣執行，在執行delete a的時候，實際上只有a::~a()被呼叫了，而b類的析構函式並沒有被呼叫！這是否有點兒可怕？
如果將上面a::~a()改為virtual，就可以保證b::~b()也在delete a的時候被呼叫了。因此基類的析構函式都必須是virtual的。
純虛的析構函式並沒有什麼作用，是虛的就夠了。通常只有在希望將乙個類變成抽象類（不能例項化的類），而這個類又沒有合適的函式可以被純虛化的時候，可以使用純虛的析構函式來達到目的。
2.4 虛建構函式？
建構函式不能是虛的。
3. 虛函式使用技巧
3.1 private的虛函式
考慮下面的例子：
class a
private:
virtual void bar()
};class b: public a
};在這個例子中，雖然bar()在a類中是private的，但是仍然可以出現在派生類中，並仍然可以與public或者protected的虛函式一樣產生多型的效果。並不會因為它是private的，就發生a::foo()不能訪問b::bar()的情況，也不會發生b::bar()對a::bar()的override不起作用的情況。
這種寫法的語意是：a告訴b，你最好override我的bar()函式，但是你不要管它如何使用，也不要自己呼叫這個函式。
3.2 建構函式和析構函式中的虛函式呼叫
乙個類的虛函式在它自己的建構函式和析構函式中被呼叫的時候，它們就變成普通函式了，不「虛」了。也就是說不能在建構函式和析構函式中讓自己「多型」。例如：
class a
// 在這裡，無論如何都是a::foo()被呼叫！
~a() // 同上
virtual void foo();
};class b: public a
;void bar()
如果你希望delete a的時候，會導致b::foo()被呼叫，那麼你就錯了。同樣，在new b的時候，a的建構函式被呼叫，但是在a的建構函式中，被呼叫的是a::foo()而不是b::foo()。
3.3 多繼承中的虛函式
3.4 什麼時候使用虛函式
在你設計乙個基類的時候，如果發現乙個函式需要在派生類裡有不同的表現，那麼它就應該是虛的。從設計的角度講，出現在基類中的虛函式是介面，出現在派生類中的虛函式是介面的具體實現。通過這樣的方法，就可以將物件的行為抽象化。
以設計模式[2]中factory method模式為例，creator的factorymethod()就是虛函式，派生類override這個函式後，產生不同的product類，被產生的product類被基類的anoperation()函式使用。基類的anoperation()函式針對product類進行操作，當然product類一定也有多型（虛函式）。
另外乙個例子就是集合操作，假設你有乙個以a類為基類的類層次，又用了乙個std::vector來儲存這個類層次中不同類的例項指標，那麼你一定希望在對這個集合中的類進行操作的時候，不要把每個指標再cast回到它原來的型別（派生類），而是希望對他們進行同樣的操作。那麼就應該將這個「一樣的操作」宣告為virtual。
現實中，遠不只我舉的這兩個例子，但是大的原則都是我前面說到的「如果發現乙個函式需要在派生類裡有不同的表現，那麼它就應該是虛的」。這句話也可以反過來說：「如果你發現基類提供了虛函式，那麼你最好override它」。
4.參考資料
[1] 深度探索c++物件模型，stanley b.lippman，侯捷譯
[2] design patterns, elements of reusable object-oriented software, gof
原帖：http://www.cnblogs.com/chio/archive/2007/10/14/923527.html
總結 筆試中常見virtual函式問題
c 中的虛函式 virtual function 1.簡介 虛函式是c 中用於實現多型 polymorphism 的機制。核心理念就是通過基類訪問派生類定義的函式。假設我們有下面的類層次 class a class b public a 那麼，在使用的時候，我們可以 a a new b a foo ...
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