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c++多态是如何实现的 虚函数和纯虚函数的区别【c++进阶】

裘德小鎮的故事

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发布时间:2025-12-21 16:20:02

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来源于php中文网

原创

多态在C++中通过虚函数实现动态绑定,依赖vtable和vptr机制;虚函数支持默认行为与可选重写,纯虚函数强制派生类实现以定义接口,使类成为抽象类。

c++多态是如何实现的 虚函数和纯虚函数的区别【c++进阶】

多态在 C++ 中主要靠虚函数机制实现,核心是运行时动态绑定——调用哪个函数,不看指针/引用的静态类型,而看它实际指向的对象类型。

虚函数:支持多态的普通成员函数

virtual 关键字声明的成员函数就是虚函数。它允许派生类重写(override),且通过基类指针或引用调用时,能自动调用实际对象所属类型的版本。

  • 编译器为含有虚函数的类生成一个虚函数表(vtable),表中存放该类所有虚函数的地址
  • 每个该类的对象开头隐式存储一个虚表指针(vptr),指向其类的 vtable
  • 调用虚函数时,程序通过 vptr 找到 vtable,再查表跳转到对应函数地址,完成动态绑定
  • 构造函数不能是虚函数(对象还没完全构建,vptr 未就绪);析构函数建议声明为 virtual,避免派生类资源泄漏

纯虚函数:强制接口抽象,定义“契约”

纯虚函数形如 virtual void func() = 0;,它没有函数体,只在基类中声明接口,要求派生类必须实现。

  • 含纯虚函数的类叫抽象类,不能实例化对象(只能作为基类被继承)
  • 纯虚函数在 vtable 中对应项为 nullptr 或特殊标记,派生类若未重写该函数,则自身仍是抽象类
  • 和虚函数一样参与动态绑定,但基类不提供默认行为,强调“必须重写”
  • 可有带实现的纯虚函数(定义体写在类外),供派生类选择性调用,但依然强制重写(否则无法实例化)

关键区别一句话总结

虚函数提供可选重写的默认行为,支持多态且允许基类实例化;纯虚函数不提供实现,用于定义接口规范,使类成为抽象类,强制派生类实现才能具象化。

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一个小例子帮你理清

// 基类 Shape 是抽象类
class Shape {
public:
  virtual void draw() { cout
  virtual double area() = 0; // 纯虚函数,无实现,强制重写
};
// Circle 必须实现 area(),否则仍为抽象类
class Circle : public Shape {
public:
  void draw() override { cout
  double area() override { return 3.14 * r * r; } // 必须重写
  double r = 1.0;
};

不复杂但容易忽略:虚函数开销很小,现代编译器优化很好;真正影响性能的是频繁的间接跳转+缓存不友好,不是语法本身。

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