虛函數和虛函數表
在瞭解什麼是虛函數之前，首先要理解什麼是動態綁定。
動態綁定
- 動態綁定是C++類指針或引用的特性，當編譯器遇到一個基類指針或引用時，並不直接確定其類型，而是在運行時根據其具體指向來調用對應的函數。
- 爲什麼基類指針和引用可以指向派生類呢？因爲類的繼承關係是一種is a的關係，即派生類是特殊的基類，因此基類指針和引用可以指向派生類，但是此時的基類指針和引用，只能訪問基類的對象和成員函數。如果想要在不發生強制類型轉換的情況下訪問派生類的成員函數，就要用到虛函數的概念。
虛函數應用示例
- 虛函數的實現前提是，派生類和基類中存在同樣的函數，名字和形參列表都一致，在基類中該函數有virtual關鍵字聲明，派生類中無所謂。
- 於是當程序執行遇到基類指針或者引用時，先判斷指向的類型，再根據類型調用相關的函數。注意：只要是基類指針指向的虛函數調用，均會實行動態綁定，容易忽略的一點是在基類的成員函數內部發生的調用，隱含了this指針，所以同樣會發生動態綁定。可以觀察以下代碼，猜測其輸出，然後和運行結果進行對比。
#include <iostream>
using namespace std;
class base
{
public:
virtual void display()
{
cout<<"I am base display\n";
}
void display(int i)
{
cout<<"base i="<<i<<endl;
}
void show()
{
cout<<"this is base show"<<endl;
display();
}
};
class derived:public base
{
public:
void display( )
{
cout<<"I am derived display\n";
}
void display(int i)
{
cout <<"derived i ="<<i<<endl;
}
void show()
{
cout<<"this is derived show"<<endl;
display();
}
};
int main()
{
base *b;
derived d;
b=&d;
b->base::display();
b->display(10);
b->show();
return 0;
}
/*運行結果：
I am base display
base i=10
this is base show
I am derived display
*/
- 在上述例子中同時涉及了函數重載和虛函數的動態綁定。可以看到即使是在基類的非虛函數中調用虛函數，也會發生動態綁定。
- 想要直接，確定的調用基類的成員函數，必須使用類限定符。而如果不使用虛函數，使用派生類限定符直接調用派生類的成員函數，此時會進行靜態綁定，編譯器檢測到調用與指針類型不符合，會報錯。
虛函數的實現：虛函數表
虛函數具體是如何實現的呢？如果一個成員函數是虛函數，那麼在基類指針發生虛函數調用的地方，編譯器不會給出函數調用地址，而是檢索基類的派生鏈，找到其所有派生類，建立一個虛函數表，表的內容是對象類型，和對應的虛函數的調用地址。在程序運行時，根據對象類型找到對應的虛函數入口，從而實現了動態綁定。
虛函數的意義
虛函數有什麼作用呢？虛函數使得我們在編寫程序時不需要考慮對象的具體類型，可以使用統一的代碼來完成對不同類型的對象的處理。相當於對上層函數隱藏了各種複製派生類的具體實現，而提供了統一的接口，就像交通工具類可以派生出輪船，飛機，汽車火車，每個派生類都有move函數，move的方式也不一樣，但是需要調用交通工具類進行move操作的函數則不需要關心被調用的對象是如何實現move的，它只需要使用一個交通工具類對象調用move函數就可以了。
抽象類和純虛函數
在虛函數的基礎上，進一步設想，假如我現在要設計一個基類來派生出不同的子類，我要求每種子類都要實現某個功能。但是基類不需要或者沒有辦法實現這個功能，只是提供了一個大致框架方便統一調用，我該怎麼辦呢？
- 學過java的同學會想到java中的接口類型，只需給出函數的聲明而不需要實現。在C++中類似的功能由抽象類實現。
- 就像上述提到的交通工具類派生出輪船，飛機，汽車、火車類，每個類都要有move函數，所以move函數應該是虛函數才能實現動態綁定。但是沒有具體指明交通工具類型時，我們無法對move函數進行定義，所以此時可以把交通工具類聲明爲抽象類。
- 抽象類就是其中的虛函數只有聲明，沒有定義的類型，我們用
虛函數聲明=0的形式來進行表示。這種虛函數，稱爲純虛函數。 - 抽象類，顧名思義，抽象的，沒有具體實現，因此無法生成其對象，而抽象類的派生類必須對抽象類中的純虛函數進行實現，否則仍然是抽象類。
虛基類和虛繼承
虛基類和虛繼承主要是用來解決交叉繼承的問題。
- 在普通繼承方式中，派生類繼承基類的同時，派生類的對象會生成一份基類對象，如果- 基類對象又有基類，派生類同時還會擁有一個間接基類對象。問題來了，派生類可能會擁有兩個或者多個直接基類，如果這些直接基類又是從同一個基類繼承而來，那麼派生類就會擁有許多個間接基類的對象。
- 而在有些情況下，我們希望所有的間接基類繼承都只會指向同一個間接基類對象，在這種情況下就要用到虛繼承，而虛繼承對應的間接基類，也就是那個我們只需要一份對象的間接基類，稱爲虛基類。
- 所以事實上，虛基類不是類本身的特性，而是在某個類被虛繼承之後，我們給他的稱呼。任何一個非抽象類，都可以用來聲明虛繼承，都可以是一個虛基類。
- 同時，由於虛基類必須保證其對象的唯一性，因此虛基類的對象實例化必須由最底層的派生類顯式給出，否則就會產生衝突。也即是說，如果一個類聲明瞭虛繼承，則虛基類對象的構造需要也必須由這個類的派生類實現，除非這個類沒有派生類。
虛基類的代碼實現
#include <iostream>
using namespace std;
class transportation
{
public:
transportation(int i)
{
cout<<"transportation "<<i<<" born"<<endl;
}
};
class car:virtual public transportation
{
public:
car(int i):transportation(i)
{
cout<<"car "<<i<<" born"<<endl;
}
};
class plane:virtual public transportation
{
public:
plane(int i):transportation(i)
{
cout<<"plane "<<i<<" born"<<endl;
}
};
class carplane:public car,public plane
{
public:
carplane(int i ):car(i+2),plane(i+3)
{
cout<<"carplane "<<i<<" born"<<endl;
}
};
int main()
{
carplane t(0);
return 0;
}
/*程序輸出
transportation 1 born
car 2 born
plane 3 born
carplane 0 born
*/
/*如果沒有使用虛繼承的方式，則程序輸入爲：
transportation 2 born
car 2 born
transportation 3 born
plane 3 born
carplane 0 born
*/