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virtual关键字与多态

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virtual 关键字与多态（第 13 章）

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目录

🔴静态联编 vs 动态联编

🔺联编：将函数调用与具体函数体绑定的过程

🔺静态联编（无 virtual）：编译期根据指针/引用的类型决定调用哪个函数

class Animal {
public:
    void speak() { cout << "...\n"; }
};
class Dog : public Animal {
public:
    void speak() { cout << "Woof\n"; }
};
 
Animal* p = new Dog();
p->speak();  // 输出 "..."  ← 看指针类型 Animal*，调用 Animal::speak

🔺动态联编（有 virtual）：运行期根据对象的实际类型决定调用哪个函数

class Animal {
public:
    virtual void speak() { cout << "...\n"; }
};
class Dog : public Animal {
public:
    virtual void speak() { cout << "Woof\n"; }
};
 
Animal* p = new Dog();
p->speak();  // 输出 "Woof" ← 看对象实际类型 Dog，调用 Dog::speak

🔴virtual 的用法

🔺在基类函数声明前加 virtual，派生类中该函数自动也是虚函数（不需要重复写，但建议加 override）

class Base {
public:
    virtual void func();   // 声明为虚函数
};
 
class Derived : public Base {
public:
    void func() override;  // override 让编译器检查是否真的重写了基类虚函数
};

🔺override 的作用：若函数签名写错(原基类无重写的这个函数)，编译器会报错，避免静默地创建新函数而非重写

class Derived : public Base {
public:
    void func(int x) override;  // ❌ 编译错误：基类没有 func(int)，不是重写
};

🔺重写（override）的条件：函数名、参数列表、const 属性必须完全一致，返回类型通常也要一致（协变返回类型除外）

🔴虚函数表 vtable

🔺每个含虚函数的类有一张虚函数表（vtable），每个对象有一个隐藏的**虚指针（vptr）**指向该表

Dog 对象内存布局：
┌─────────┐
│  vptr   │ ──→ Dog::vtable ──→ [ &Dog::speak, &Dog::eat, ... ]
├─────────┤
│  数据   │
└─────────┘

Animal* p = new Dog();
p->speak();
// 运行时：通过 vptr 找到 Dog::vtable，再找到 Dog::speak 并调用

🔺开销：每个对象多一个指针大小（通常 8 字节）；每次虚函数调用多一次间接寻址

🔴虚析构函数

🔺通过基类指针 delete 派生类对象时，若析构函数不是虚函数，只调用基类析构函数 → 派生类资源泄漏

class Base {
public:
    ~Base() { cout << "Base 析构\n"; }  // 非虚
};
class Derived : public Base {
    int* data;
public:
    Derived() { data = new int[100]; }
    ~Derived() { delete[] data; }       // 不会被调用！
};
 
Base* p = new Derived();
delete p;  // 只调用 ~Base()，~Derived() 未调用 → 内存泄漏

🔺解决：基类析构函数声明为 virtual

class Base {
public:
    virtual ~Base() {}  // ⭐ 只要类会被继承，析构函数就应该是虚函数
};

🔴virtual 的限制

🔺构造函数不能是虚函数：构造时对象还未完全建立，vptr 尚未初始化，虚机制无法工作

🔺静态成员函数不能是虚函数：静态函数没有 this 指针，不属于任何对象实例

🔺友元函数不能是虚函数：友元不是成员函数

🔺inline 函数声明为 virtual 通常无意义：虚函数在运行期动态绑定，inline 在编译期展开，两者矛盾

本节小结

要点说明
静态联编无 virtual，编译期按指针类型绑定
动态联编有 virtual，运行期按对象实际类型绑定
override让编译器验证重写是否正确
vtable/vptr每个含虚函数的类有虚表，每个对象有虚指针
虚析构函数基类析构必须是 virtual，否则派生类析构不会被调用
不能是虚函数构造函数、静态成员函数、友元函数

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