虚函数是C++实现多态的核心机制，通过virtual关键字在基类中声明，允许派生类重写函数并在运行时根据对象实际类型动态调用。例如，基类指针指向派生类对象时，调用虚函数会执行派生类版本，体现多态性。其底层由虚函数表（vtable）和虚表指针（vptr）实现：每个含虚函数的类有vtable存储虚函数地址，每个对象有vptr指向对应vtable，调用时通过vptr查找实际类型的函数地址，实现运行时绑定。纯虚函数使用virtual func() = 0;语法，定义抽象类，不能实例化，强制派生类实现，常用于接口设计。注意事项包括：多态仅通过指针或引用触发；基类析构函数应为虚函数以防内存泄漏；构造函数不能为虚函数因对象未完全构建；虚函数有轻微性能开销但通常可忽略。掌握虚函数及其vtable机制有助于编写高效安全的面向对象代码。
在C++中，虚函数是实现多态的核心机制。它允许派生类重写基类中的函数，并在运行时根据对象的实际类型调用对应的函数版本，而不是根据指针或引用的声明类型。
什么是虚函数
虚函数是在基类中使用 virtual 关键字声明的成员函数。它的作用是告诉编译器：这个函数可能在派生类中被重写，调用时应采用动态绑定（即运行时决定调用哪个版本）。
例如：
class Base {
public:
virtual void show() {
cout << "Base class show" << endl;
}
};
class Derived : public Base {
public:
void show() override {
cout << "Derived class show" << endl;
}
};
当我们使用基类指针指向派生类对象时：
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Base* ptr = new Derived(); ptr->show(); // 输出: Derived class show
虽然指针类型是 Base*，但实际调用的是 Derived::show()，这就是多态的体现。
虚函数表与多态实现机制
C++通过虚函数表（vtable）和虚表指针（vptr）来实现动态多态。
- 每个包含虚函数的类都有一个由编译器生成的虚函数表，表中存储了该类所有虚函数的地址。
- 每个该类的对象都包含一个隐式的虚表指针（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 vptr 找到对象实际类型的 vtable，再从中查找对应函数的地址进行调用。
这意味着：调用哪个函数不是在编译期确定的，而是在运行时根据对象的真实类型决定。
纯虚函数与抽象类
虚函数还可以进一步定义为纯虚函数，语法如下：
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继承的纯虚函数，否则仍是抽象类。
这常用于定义接口或规范行为，例如：
class Shape {
public:
virtual double area() = 0; // 纯虚函数
};
class Circle : public Shape {
double r;
public:
Circle(double radius) : r(radius) {}
double area() override {
return 3.1415 r r;
}
};
注意事项与常见误区
- 只有通过指针或引用调用虚函数才能触发多态。直接使用对象调用是静态绑定。
- 析构函数通常应声明为虚函数，尤其是基类会被继承并用基类指针删除派生类对象时，避免资源泄漏。
- 构造函数不能是虚函数，因为对象尚未完全构造，vptr 还未建立。
- 虚函数有轻微性能开销（查表操作），但大多数场景下可忽略。
基本上就这些。虚函数是C++面向对象编程中实现多态的关键工具，理解其背后的vtable机制有助于写出更高效、安全的代码。
