虛函數(shù)是C++中用于實(shí)現(xiàn)多態(tài)(polymorphism)的機(jī)制。核心理念就是通過(guò)基類(lèi)訪問(wèn)派生類(lèi)定義的函數(shù)。假設(shè)我們有下面的類(lèi)層次：

class A
{
public:
virtual void foo() { cout << "A::foo() is called" << endl;}
};

class B: public A
{
public:
virtual void foo() { cout << "B::foo() is called" << endl;}
};

那么，在使用的時(shí)候，我們可以：

A * a = new B();
a->foo(); // 在這里，a雖然是指向A的指針，但是被調(diào)用的函數(shù)(foo)卻是B的!

這個(gè)例子是虛函數(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用，通過(guò)這個(gè)例子，也許你就對(duì)虛函數(shù)有了一些概念。它虛就虛在所謂“推遲聯(lián)編”或者“動(dòng)態(tài)聯(lián)編”上，一個(gè)類(lèi)函數(shù)的調(diào)用并不 是在編譯時(shí)刻被確定的，而是在運(yùn)行時(shí)刻被確定的。由于編寫(xiě)代碼的時(shí)候并不能確定被調(diào)用的是基類(lèi)的函數(shù)還是哪個(gè)派生類(lèi)的函數(shù)，所以被成為“虛”函數(shù)。

虛函數(shù)只能借助于指針或者引用來(lái)達(dá)到多態(tài)的效果，如果是下面這樣的代碼，則雖然是虛函數(shù)，但它不是多態(tài)的：

class A
{
public:
virtual void foo();
};

class B: public A
{
virtual void foo();
};

void bar()
{
A a;
a.foo(); // A::foo()被調(diào)用
}

1.1 多態(tài)
在了解了虛函數(shù)的意思之后，再考慮什么是多態(tài)就很容易了。仍然針對(duì)上面的類(lèi)層次，但是使用的方法變的復(fù)雜了一些：

void bar(A * a)
{
a->foo(); // 被調(diào)用的是A::foo() 還是B::foo()？
}

因?yàn)?span lang="EN-US">foo()是個(gè)虛函數(shù)，所以在bar這個(gè)函數(shù)中，只根據(jù)這段代碼，無(wú)從確定這里被調(diào)用的是A::foo()還是B::foo()，但是可以肯定的說(shuō)：如果a指向的是A類(lèi)的實(shí)例，則A::foo()被調(diào)用，如果a指向的是B類(lèi)的實(shí)例，則B::foo()被調(diào)用。

這種同一代碼可以產(chǎn)生不同效果的特點(diǎn)，被稱為“多態(tài)”。

1.2 多態(tài)有什么用？
多態(tài)這么神奇，但是能用來(lái)做什么呢？這個(gè)命題我難以用一兩句話概括，一般的C++教程（或者其它面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的教程）都用一個(gè)畫(huà)圖的例子來(lái)展示多態(tài)的用途，我就不再重復(fù)這個(gè)例子了，如果你不知道這個(gè)例子，隨便找本書(shū)應(yīng)該都有介紹。我試圖從一個(gè)抽象的角度描述一下，回頭再結(jié)合那個(gè)畫(huà)圖的例子，也許你就更容 易理解。

在面向?qū)ο蟮木幊讨校紫葧?huì)針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象（確定基類(lèi)）和繼承（確定派生類(lèi)），構(gòu)成類(lèi)層次。這個(gè)類(lèi)層次的使用者在使用它們 的時(shí)候，如果仍然在需要基類(lèi)的時(shí)候?qū)戓槍?duì)基類(lèi)的代碼，在需要派生類(lèi)的時(shí)候?qū)戓槍?duì)派生類(lèi)的代碼，就等于類(lèi)層次完全暴露在使用者面前。如果這個(gè)類(lèi)層次有任何的改變（增加了新類(lèi)），都需要使用者“知道”（針對(duì)新類(lèi)寫(xiě)代碼）。這樣就增加了類(lèi)層次與其使用者之間的耦合，有人把這種情況列為程序中的“bad smell”之一。

多態(tài)可以使程序員脫離這種窘境。再回頭看看1.1中的例子，bar()作為A-B這個(gè)類(lèi)層次的使用者，它并不知道 這個(gè)類(lèi)層次中有多少個(gè)類(lèi)，每個(gè)類(lèi)都叫什么，但是一樣可以很好的工作，當(dāng)有一個(gè)C類(lèi)從A類(lèi)派生出來(lái)后，bar()也不需要“知道”（修改）。這完全歸功于多 態(tài)--編譯器針對(duì)虛函數(shù)產(chǎn)生了可以在運(yùn)行時(shí)刻確定被調(diào)用函數(shù)的代碼。
1.3 如何“動(dòng)態(tài)聯(lián)編”
編譯器是如何針對(duì)虛函數(shù)產(chǎn)生可以再運(yùn)行時(shí)刻確定被調(diào)用函數(shù)的代碼呢？也就是說(shuō)，虛函數(shù)實(shí)際上是如何被編譯器處理的呢？Lippman在深度探索C++對(duì)象模型[1]中的不同章節(jié)講到了幾種方式，這里把“標(biāo)準(zhǔn)的”方式簡(jiǎn)單介紹一下。

我所說(shuō)的“標(biāo)準(zhǔn)”方式，也就是所謂的“VTABLE”機(jī)制。編譯器發(fā)現(xiàn)一個(gè)類(lèi)中有被聲明為virtual的函數(shù)，就會(huì)為其搞一個(gè)虛函數(shù)表，也就是 VTABLE。VTABLE實(shí)際上是一個(gè)函數(shù)指針的數(shù)組，每個(gè)虛函數(shù)占用這個(gè)數(shù)組的一個(gè)slot。一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)VTABLE，不管它有多少個(gè)實(shí)例。派生 類(lèi)有自己的VTABLE，但是派生類(lèi)的VTABLE與基類(lèi)的VTABLE有相同的函數(shù)排列順序，同名的虛函數(shù)被放在兩個(gè)數(shù)組的相同位置上。在創(chuàng)建類(lèi)實(shí)例的 時(shí)候，編譯器還會(huì)在每個(gè)實(shí)例的內(nèi)存布局中增加一個(gè)vptr字段，該字段指向本類(lèi)的VTABLE。通過(guò)這些手段，編譯器在看到一個(gè)虛函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，就會(huì)將這個(gè)調(diào)用改寫(xiě)，針對(duì)1.1中的例子：

void bar(A * a)
{
a->foo();
}

會(huì)被改寫(xiě)為：

void bar(A * a)
{
(a->vptr[1])();
}

因?yàn)榕缮?lèi)和基類(lèi)的foo()函數(shù)具有相同的VTABLE索引，而他們的vptr又指向不同的VTABLE，因此通過(guò)這樣的方法可以在運(yùn)行時(shí)刻決定調(diào)用哪個(gè)foo()函數(shù)。

雖然實(shí)際情況遠(yuǎn)非這么簡(jiǎn)單，但是基本原理大致如此。

1.4 overload和override
虛函數(shù)總是在派生類(lèi)中被改寫(xiě)，這種改寫(xiě)被稱為“override”。我經(jīng)常混淆“overload”和“override”這兩個(gè)單詞。但是隨著各類(lèi)C++的書(shū)越來(lái)越多，后來(lái)的程序員也許不會(huì)再犯我犯過(guò)的錯(cuò)誤了。但是我打算澄清一下：

override是指派生類(lèi)重寫(xiě)基類(lèi)的虛函數(shù)，就象我們前面B類(lèi)中重寫(xiě)了A類(lèi)中的foo()函數(shù)。重寫(xiě)的函數(shù)必須有一致的參數(shù)表和返回值（C++標(biāo)準(zhǔn)允 許返回值不同的情況，這個(gè)我會(huì)在“語(yǔ)法”部分簡(jiǎn)單介紹，但是很少編譯器支持這個(gè)feature）。這個(gè)單詞好象一直沒(méi)有什么合適的中文詞匯來(lái)對(duì)應(yīng)，有人譯為“覆蓋”，還貼切一些。
overload約定成俗的被翻譯為“重載”。是指編寫(xiě)一個(gè)與已有函數(shù)同名但是參數(shù)表不同的函數(shù)。例如一個(gè)函數(shù)即可以接受整型數(shù)作為參數(shù)，也可以接受浮點(diǎn)數(shù)作為參數(shù)。


二. 虛函數(shù)的語(yǔ)法
虛函數(shù)的標(biāo)志是“virtual”關(guān)鍵字。

2.1 使用virtual關(guān)鍵字
考慮下面的類(lèi)層次：

class A
{
public:
virtual void foo();
};

class B: public A
{
public:
void foo(); // 沒(méi)有virtual關(guān)鍵字!
};

class C: public B // 從B繼承，不是從A繼承！
{
public:
void foo(); // 也沒(méi)有virtual關(guān)鍵字！
};

這種情況下，B::foo()是虛函數(shù)，C::foo()也同樣是虛函數(shù)。因此，可以說(shuō)，基類(lèi)聲明的虛函數(shù)，在派生類(lèi)中也是虛函數(shù)，即使不再使用virtual關(guān)鍵字。

2.2 純虛函數(shù)
如下聲明表示一個(gè)函數(shù)為純虛函數(shù)：

class A
{
public:
virtual void foo()=0; // =0標(biāo)志一個(gè)虛函數(shù)為純虛函數(shù)
};

一個(gè)函數(shù)聲明為純虛后，純虛函數(shù)的意思是：我是一個(gè)抽象類(lèi)！不要把我實(shí)例化！純虛函數(shù)用來(lái)規(guī)范派生類(lèi)的行為，實(shí)際上就是所謂的“接口”。它告訴使用者，我的派生類(lèi)都會(huì)有這個(gè)函數(shù)。

2.3 虛析構(gòu)函數(shù)
析構(gòu)函數(shù)也可以是虛的，甚至是純虛的。例如：

class A
{
public:
virtual ~A()=0; // 純虛析構(gòu)函數(shù)
};

當(dāng)一個(gè)類(lèi)打算被用作其它類(lèi)的基類(lèi)時(shí)，它的析構(gòu)函數(shù)必須是虛的。考慮下面的例子：

class A
{
public:
A() { ptra_ = new char[10];}
~A() { delete[] ptra_;} // 非虛析構(gòu)函數(shù)
private:
char * ptra_;
};

class B: public A
{
public:
B() { ptrb_ = new char[20];}
~B() { delete[] ptrb_;}
private:
char * ptrb_;
};

void foo()
{
A * a = new B;
delete a;
}

在這個(gè)例子中，程序也許不會(huì)象你想象的那樣運(yùn)行，在執(zhí)行delete a的時(shí)候，實(shí)際上只有A::~A()被調(diào)用了，而B類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)并沒(méi)有被調(diào)用！這是否有點(diǎn)兒可怕？

如果將上面A::~A()改為virtual，就可以保證B::~B()也在delete a的時(shí)候被調(diào)用了。因此基類(lèi)的析構(gòu)函數(shù)都必須是virtual的。

純虛的析構(gòu)函數(shù)并沒(méi)有什么作用，是虛的就夠了。通常只有在希望將一個(gè)類(lèi)變成抽象類(lèi)（不能實(shí)例化的類(lèi)），而這個(gè)類(lèi)又沒(méi)有合適的函數(shù)可以被純虛化的時(shí)候，可以使用純虛的析構(gòu)函數(shù)來(lái)達(dá)到目的。

2.4 虛構(gòu)造函數(shù)？
構(gòu)造函數(shù)不能是虛的。


三. 虛函數(shù)使用技巧

3.1 private的虛函數(shù)
考慮下面的例子：

class A
{
public:
void foo() { bar();}
private:
virtual void bar() { ...}
};

class B: public A
{
private:
virtual void bar() { ...}
};

在這個(gè)例子中，雖然bar()在A類(lèi)中是private的，但是仍然可以出現(xiàn)在派生類(lèi)中，并仍然可以與public或者protected的虛函數(shù)一樣 產(chǎn)生多態(tài)的效果。并不會(huì)因?yàn)樗?span lang="EN-US">private的，就發(fā)生A::foo()不能訪問(wèn)B::bar()的情況，也不會(huì)發(fā)生B::bar()對(duì) A::bar()的override不起作用的情況。

這種寫(xiě)法的語(yǔ)意是：A告訴B，你最好override我的bar()函數(shù)，但是你不要管它如何使用，也不要自己調(diào)用這個(gè)函數(shù)。

3.2 構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中的虛函數(shù)調(diào)用
一個(gè)類(lèi)的虛函數(shù)在它自己的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中被調(diào)用的時(shí)候，它們就變成普通函數(shù)了，不“虛”了。也就是說(shuō)不能在構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中讓自己“多態(tài)”。例如：

class A
{
public:
A() { foo();} // 在這里，無(wú)論如何都是A::foo()被調(diào)用！
~A() { foo();} // 同上
virtual void foo();
};

class B: public A
{
public:
virtual void foo();
};

void bar()
{
A * a = new B;
delete a;
}

如果你希望delete a的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致B::foo()被調(diào)用，那么你就錯(cuò)了。同樣，在new B的時(shí)候，A的構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用，但是在A的構(gòu)造函數(shù)中，被調(diào)用的是A::foo()而不是B::foo()。

3.3 多繼承中的虛函數(shù) 3.4 什么時(shí)候使用虛函數(shù)
在你設(shè)計(jì)一個(gè)基類(lèi)的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)需要在派生類(lèi)里有不同的表現(xiàn)，那么它就應(yīng)該是虛的。從設(shè)計(jì)的角度講，出現(xiàn)在基類(lèi)中的虛函數(shù)是接口，出現(xiàn)在派生類(lèi)中的虛函數(shù)是接口的具體實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這樣的方法，就可以將對(duì)象的行為抽象化。

以設(shè)計(jì)模式[2]中Factory Method模式為例，Creator的factoryMethod()就是虛函數(shù)，派生類(lèi)override這個(gè)函數(shù)后，產(chǎn)生不同的Product類(lèi)，被 產(chǎn)生的Product類(lèi)被基類(lèi)的AnOperation()函數(shù)使用。基類(lèi)的AnOperation()函數(shù)針對(duì)Product類(lèi)進(jìn)行操作，當(dāng)然 Product類(lèi)一定也有多態(tài)（虛函數(shù)）。
另外一個(gè)例子就是集合操作，假設(shè)你有一個(gè)以A類(lèi)為基類(lèi)的類(lèi)層次，又用了一個(gè)std::vector來(lái)保存這個(gè)類(lèi)層次中不同類(lèi)的實(shí)例指針，那么你一定希望在對(duì)這個(gè)集合中的類(lèi)進(jìn)行操作的時(shí)候，不要把每個(gè)指針再cast回到它原來(lái)的類(lèi)型（派生類(lèi)），而是希望對(duì)他們進(jìn)行同樣的操作。那么就應(yīng)該將這個(gè)“一樣的操作”聲明為virtual。

現(xiàn)實(shí)中，遠(yuǎn)不只我舉的這兩個(gè)例子，但是大的原則都是我前面說(shuō)到的“如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)需要在派生類(lèi)里有不同的表現(xiàn)，那么它就應(yīng)該是虛的”。這句話也可以反過(guò)來(lái)說(shuō)：“如果你發(fā)現(xiàn)基類(lèi)提供了虛函數(shù)，那么你最好override它”。

附：C++中的虛函數(shù)和純虛函數(shù)用法

　　1.虛函數(shù)和純虛函數(shù)可以定義在同一個(gè)類(lèi)(class)中，含有純虛函數(shù)的類(lèi)被稱為抽象類(lèi)（abstract class），而只含有虛函數(shù)的類(lèi)（class）不能被稱為抽象類(lèi)（abstract class）。

2.虛函數(shù)可以被直接使用，也可以被子類(lèi)（sub class）重載以后以多態(tài)的形式調(diào)用，而純虛函數(shù)必須在子類(lèi)（sub class）中實(shí)現(xiàn)該函數(shù)才可以使用，因?yàn)榧兲摵瘮?shù)在基類(lèi)（base class）
只有聲明而沒(méi)有定義。

3.虛函數(shù)和純虛函數(shù)都可以在子類(lèi)（sub class）中被重載，以多態(tài)的形式被調(diào)用。

　　4.虛函數(shù)和純虛函數(shù)通常存在于抽象基類(lèi)（abstract base class -ABC）之中，被繼承的子類(lèi)重載，目的是提供一個(gè)統(tǒng)一的接口。

　　5. 虛函數(shù)的定義形式：virtual {method body} ；純虛函數(shù)的定義形式：virtual { } = 0; 在虛函數(shù)和純虛函數(shù)的定義中不能有static標(biāo)識(shí)符，原因很簡(jiǎn)單，被static修飾的函數(shù)在編譯時(shí)候要求前期bind,然而虛函數(shù)卻是動(dòng)態(tài)綁定 （run-time bind），而且被兩者修飾的函數(shù)生命周期（life recycle）也不一樣。

　　6.如果一個(gè)類(lèi)中含有純虛函數(shù)，那么任何試圖對(duì)該類(lèi)進(jìn)行實(shí)例化的語(yǔ)句都將導(dǎo)致錯(cuò)誤的產(chǎn)生，因?yàn)槌橄蠡?lèi)（ABC）是不能被直接調(diào)用的。必須被子類(lèi)繼承重載以后，根據(jù)要求調(diào)用其子類(lèi)的方法。

以下為一個(gè)簡(jiǎn)單的虛函數(shù)和純虛寒?dāng)?shù)的使用演示，目的是拋磚引玉！

#include
//father class
class Virtualbase
{
public:
virtual void Demon()= 0; //prue virtual function
virtual void Base() {cout<<"this is farther class"<};
//sub class
class SubVirtual :public Virtualbase
{
public:
void Demon() { cout<<" this is SubVirtual!"< void Base() {
cout<<"this is subclass Base"<};
/* instance class and sample */
void main()
{
Virtualbase* inst = new SubVirtual(); //multstate pointer
inst->Demon();
inst->Base();
// inst = new Virtualbase();
// inst->Base()
return ;
}