虚函数的工作原理

通常，编译器处理虚函数的方法是：给每个对象添加一个隐藏成员，隐藏成员中保存了一个指向函数地址数组（虚函数表）的指针，虚函数表中存储了为类对象进行声明的虚函数的地址，例如：

class Scientist {
    ...
    char name[40];
public: 
    virtual void show_name();
    virtual void show_all();
};

class Physicist : public Scientist
{
  ...
  char field[40];
public:
    void show_all();  //重写父类方法
    virtual void show_field();
    ...
};      

类​

​Scientist​

​​有一个隐藏的数据成员，里面存储了一个指向一张虚函数表的指针，该虚函数表记录了类​

​Scientist​

​​定义的虚函数的地址；同理类​

​Physicist​

​​也同样有一个隐藏的数据成员，里面存储了一个指向一张虚函数表的指针，该虚函数表记录了类​

​Physicist​

​​继承自​

​Scientist​

​的虚函数的地址和自己新定义虚函数的地址。

调用虚函数时，程序将查看存储在对象中的虚函数表地址，然后通过查询虚函数表转向相应的虚函数，所以虚函数相比于非虚函数存在一些缺点（凡是都具有两面性）：

• 每个对象都将增大，增大量为存储地址的空间；
• 对于每个类，编译器都创建一个虚函数地址表（数组）；
• 对于每个函数调用，都需要执行一项额外的操作，即到表中查找地址

虽然非虚函数的效率比虚函数稍高，但不具备动态联编功能。

虚函数注意事项：

• 在基类方法的声明中使用关键字​

  ​virtual​

  ​可使该方法在基类以及所有的派生类（包括派生类派生出来的类）中是虚的；
• 如果使用指向对象的引用或指针来调用虚方法，程序将使用对象类型定义的方法，而不使用为引用或指针类型定义的方法，即非虚看引用或指针类型，虚看对象类型；
• 如果定义的类被用作基类，则应将那些要在派生类中重新定义的类方法声明为虚的；
• 构造函数不能是虚函数；
• 析构函数应当是虚函数，除非类不用做基类

class Singer : public Employee
{
    ...
}

Employee * pe = new Singer;
delete pe;      

如果使用静态联编 ，​

​delete pe;​

​​将根据指针类型调用类​

​Employee​

​​的析构函数​

​~Employee()​

​​，这样只会释放类​

​Singer​

​​从类​

​Employee​

​中继承过来的那一部分，自身的那一部分因为没有调用自身的析构函数而不会被释放；

如果使用动态联编，​

​delete pe;​

​​将根据对象类型先调用类​

​Singer​

​​的析构函数​

​~Singer()​

​​，释放属于类​

​Singer​

​​的那一部分，然后再调用类​

​Employee​

​​的析构函数​

​~Employee()​

​​，释放属于类​

​Employee​

​的那一部分；

• 友元函数不能是虚函数，因为友元函数不是类成员，而只有成员才能是虚函数，如果因为这个原因引起的设计问题，可以通过让友元函数使用虚成员函数来解决；
• 如果派生类没有重新定义函数，将使用该函数的基类版本。如果派生类位于派生链中，则将使用最新的虚函数版本，例外的情况是基类版本是隐藏的；
• 重新定义将隐藏方法

class Dweling
{
public: 
    virtual void showperks(int a) const;
    ...
};

class Hovel : public Dwelling
{
public:
    virtual void showperks() const;
}

Hovel trump;
trump.showperks();   //valid
trump.showperks(5);  //invalid      

新定义将​

​showperks()​

​定义为一个不接受任何参数的函数，重新定义不会生成函数的两个重载版本，而是隐藏了接受一个int参数的基类版本。

• 如果重新定义继承的方法，应确保与原来的原型完全相同，但如果返回类型是基类引用或指针，则可以修改为指向派生类的引用或指针（注意：这种例外只适应于返回值，而不适用于参数）

class Dweling
{
public: 
    virtual Dweling & showperks(int a) const;
    ...
};

class Hovel : public Dwelling
{
public:
    virtual Hovel &  showperks(int a) const;
}      

• 如果基类声明被重载了，则应在派生类中重新定义所有的基类版本

class Dweling
{
public: 
    virtual void showperks(int a) const;
    virtual void showperks(double x) const;
    virtual void showperks() const;
    ...
};

class Hovel : public Dwelling
{
public:
    virtual void showperks(int a) const;
    virtual void showperks(double x) const;
    virtual void showperks() const;
}