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c++虚函数是什么 c++多态与虚函数实现【教程】

穿越時空

发布： 2025-12-21 03:35:14

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虚函数是C++实现运行时多态的核心机制，通过virtual声明、vtable动态绑定实现基类指针调用派生类重写函数；析构函数应为虚函数，构造函数不能为虚函数，纯虚函数定义抽象类。

c++虚函数是什么 c++多态与虚函数实现【教程】

虚函数是 C++ 中实现运行时多态的核心机制，它允许基类指针或引用调用派生类中重写的函数，具体执行哪个版本由对象的实际类型决定，而不是指针或引用的静态类型。

虚函数怎么声明和使用

在基类中用 virtual 关键字修饰成员函数，就把它变成虚函数。派生类中同名、同参数、同返回类型的函数会自动成为虚函数（即使不写 virtual），也可以显式加上 override（推荐）来增强可读性和编译检查。

虚函数必须是类的成员函数，不能是全局函数或静态成员函数
构造函数不能是虚函数（对象还没完全生成）
析构函数建议声明为虚函数，尤其是当类可能作为基类被继承时，防止派生类资源泄漏

多态是怎么靠虚函数工作的

C++ 编译器为含有虚函数的类生成一个虚函数表（vtable），每个对象开头隐含一个指向该表的指针（vptr）。vtable 中按声明顺序存放虚函数地址。当通过基类指针调用虚函数时，程序查 vptr → 找 vtable → 取对应函数地址 → 跳转执行，这个过程在运行时完成，所以叫“动态绑定”或“晚绑定”。

普通非虚函数调用在编译期就确定地址，叫“早绑定”
只有通过基类指针或引用调用虚函数，才会触发多态；直接用对象调用（如 obj.func()）仍是静态绑定
纯虚函数（virtual void func() = 0;）让类变成抽象类，不能实例化，强制派生类实现

常见误区和注意事项

虚函数不是万能的，用错反而引发问题。比如，把不该多态的函数设为虚函数会增加对象体积（每个对象多一个 vptr）和调用开销（间接跳转）；反过来，该虚却不虚，就无法体现多态行为。

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不要在构造/析构函数中调用虚函数：此时 vptr 指向当前正在构造或析构的类的 vtable，不会调到派生类的重写版本
返回类型协变允许派生类虚函数返回更具体的类型（如基类返回 Base*，派生类可返回 Derived*），但参数列表必须严格一致
虚函数可以有默认参数，但默认值由静态类型决定，容易混淆，建议避免在虚函数中使用默认参数

一个简单可运行的例子

下面代码展示了虚函数如何支撑多态：

#include <iostream>
using namespace std;
<p>class Animal {
public:
virtual void speak() { cout << "Animal makes a sound\n"; }
virtual ~Animal() = default; // 虚析构很重要
};</p><p>class Dog : public Animal {
public:
void speak() override { cout << "Dog barks\n"; }
};</p><p>class Cat : public Animal {
public:
void speak() override { cout << "Cat meows\n"; }
};</p><p>int main() {
Animal<em> a1 = new Dog();
Animal</em> a2 = new Cat();
a1->speak(); // 输出 Dog barks
a2->speak(); // 输出 Cat meows
delete a1; delete a2;
}</p>

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输出结果取决于 new 出来的实际对象类型，而不是 Animal* 的类型 —— 这就是多态的本质。

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