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1、構(gòu)造函數(shù)能不能是虛函數(shù)：

1.1從存儲空間角度

虛函數(shù)對應(yīng)一個vtable，這大家都知道，可是這個vtable其實是存儲在對象的內(nèi)存空間的。問題出來了，如果構(gòu)造函數(shù)是虛的，就需要通過 vtable來調(diào)用，可是對象還沒有實例化，也就是內(nèi)存空間還沒有，怎么找vtable呢？所以構(gòu)造函數(shù)不能是虛函數(shù)。

1.2從使用角度

虛函數(shù)主要用于在信息不全的情況下，能使重載的函數(shù)得到對應(yīng)的調(diào)用。構(gòu)造函數(shù)本身就是要初始化實例，那使用虛函數(shù)也沒有實際意義呀。所以構(gòu)造函數(shù)沒有必要是虛函數(shù)。

1.3從作用

虛函數(shù)的作用在于通過父類的指針或者引用來調(diào)用它的時候能夠變成調(diào)用子類的那個成員函數(shù)。而構(gòu)造函數(shù)是在創(chuàng)建對象時自動調(diào)用的，不可能通過父類的指針或者引用去調(diào)用，因此也就規(guī)定構(gòu)造函數(shù)不能是虛函數(shù)。
1.4
vbtl在構(gòu)造函數(shù)調(diào)用后才建立，因而構(gòu)造函數(shù)不可能成為虛函數(shù)。在調(diào)用構(gòu)造函數(shù)時還不能確定對象的真實類型（因為子類會調(diào)父類的構(gòu)造函數(shù)）；而且構(gòu)造函數(shù)的作用是提供初始化，在對象生命期只執(zhí)行一次，不是對象的動態(tài)行為，也沒有太大的必要成為虛函數(shù)

2、析構(gòu)函數(shù)可以為虛函數(shù)，甚至是純虛的
我們往往通過基類的指針來銷毀對象。這時候如果析構(gòu)函數(shù)不是虛函數(shù)，就不能正確識別對象類型從而不能正確調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。

class A
{
public:
    virtual ~A()=0;   // 純虛析構(gòu)函數(shù)
};
    當一個類打算被用作其它類的基類時，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;
}
在這個例子中，程序也許不會象你想象的那樣運行，在執(zhí)行delete a的時候，實際上只有A::~A()被調(diào)用了，而B類的析構(gòu)函數(shù)并沒有被調(diào)用！這是否有點兒可怕？
      如果將上面A::~A()改為virtual，就可以保證B::~B()也在delete a的時候被調(diào)用了。因此基類的析構(gòu)函數(shù)都必須是virtual的。
      純虛的析構(gòu)函數(shù)并沒有什么作用，是虛的就夠了。通常只有在希望將一個類變成抽象類（不能實例化的類），而這個類又沒有合適的函數(shù)可以被純虛化的時候，可以使用純虛的析構(gòu)函數(shù)來達到目的。

3、關(guān)于構(gòu)造函數(shù)

編譯器對每個包含虛函數(shù)的類創(chuàng)建一個表（稱為VTABLE）。在VTABLE中,編譯器放置特定類的虛函數(shù)地址。在每個帶有虛函數(shù)的類中，編譯器秘密地置一指針,稱為vpointer（縮寫為VPTR），指向這個對象的VTABLE。

當一個構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用時，它做的首要的事情之一是初始化它的VPTR。因此，它只能知道它是“當前”類的，而完全忽視這個對象后面是否還有繼承者。當編譯器為這個構(gòu)造函數(shù)產(chǎn)生代碼時，它是為這個類的構(gòu)造函數(shù)產(chǎn)生代碼--既不是為基類，也不是為它的派生類（因為類不知道誰繼承它）。
所以它使用的VPTR必須是對于這個類的VTABLE。而且，只要它是最后的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用，那么在這個對象的生命期內(nèi)，VPTR將保持被初始化為指向這個VTABLE。但如果接著還有一個更晚派生的構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用，這個構(gòu)造函數(shù)又將設(shè)置VPTR指向它的 VTABLE，等.直到最后的構(gòu)造函數(shù)結(jié)束。VPTR的狀態(tài)是由被最后調(diào)用的構(gòu)造函數(shù)確定的。這就是為什么構(gòu)造函數(shù)調(diào)用是從基類到派生類順序的另一個理由。

但是，當這一系列構(gòu)造函數(shù)調(diào)用正發(fā)生時，每個構(gòu)造函數(shù)都已經(jīng)設(shè)置VPTR指向它自己的VTABLE。如果函數(shù)調(diào)用使用虛機制，它將只產(chǎn)生通過它自己的VTABLE的調(diào)用，而不是最后的VTABLE（所有構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用后才會有最后的VTABLE）。

4、 虛函數(shù)

是C++中用于實現(xiàn)多態(tài)(polymorphism)的機制。核心理念就是通過基類訪問派生類定義的函數(shù)。假設(shè)我們有下面的類層次：
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，在使用的時候，
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!
      這個例子是虛函數(shù)的一個典型應(yīng)用，通過這個例子，也許你就對虛函數(shù)有了一些概念。它虛就虛在所謂“推遲聯(lián)編”或者“動態(tài)聯(lián)編”上，一個類函數(shù)的調(diào)用并不是在編譯時刻被確定的，而是在運行時刻被確定的。由于編寫代碼的時候并不能確定被調(diào)用的是基類的函數(shù)還是哪個派生類的函數(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達到多態(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
}
5、 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。仍然針對上面的類層次，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()？
}
    因為foo()是個虛函數(shù)，所以在bar這個函數(shù)中，只根據(jù)這段代碼，無從確定這里被調(diào)用的是A::foo()還是B::foo()，但是可以肯定的說：如果a指向的是A類的實例，則A::foo()被調(diào)用，如果a指向的是B類的實例，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，被稱為“多態(tài)”。

5.1 多態(tài)有什么用？
       多態(tài)這么神奇，但是能用來做什么呢？這個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言的教程）都用一個畫圖的例子來展示多態(tài)的用途，我就不再重復(fù)這個例子了，如果你不知道這個例子，隨便找本書應(yīng)該都有介紹。我試圖從一個抽象的角度描述一下，回頭再結(jié)合那個畫圖的例子，也許你就更容易理解。
     在面向?qū)ο蟮木幊讨校紫葧槍?shù)據(jù)進行抽象（確定基類）和繼承（確定派生類），構(gòu)成類層次。這個類層次的使用者在使用它們的時候，如果仍然在需要基類的時候?qū)戓槍惖拇a，在需要派生類的時候?qū)戓槍ε缮惖拇a，就等于類層次完全暴露在使用者面前。如果這個類層次有任何的改變（增加了新類），都需要使用者“知道”（針對新類寫代碼）。這樣就增加了類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。再回頭看看上面的例子，bar()作為A-B這個類層次的使用者，它并不知道這個類層次中有多少個類，每個類都叫什么，但是一樣可以很好的工作，當有一個C類從A類派生出來后，bar()也不需要“知道”（修改）。這完全歸功于多態(tài)--編譯器針對虛函數(shù)產(chǎn)生了可以在運行時刻確定被調(diào)用函數(shù)的代碼。

5.2 如何“動態(tài)聯(lián)編”
      編譯器是如何針對虛函數(shù)產(chǎn)生可以再運行時刻確定被調(diào)用函數(shù)的代碼呢？也就是說，虛函數(shù)實際上是如何被編譯器處理的呢？Lippman在深度探索C++對象模型[1]中的不同章節(jié)講到了幾種方式，這里把“標準的”方式簡單介紹一下。

所說的“標準”方式，也就是所謂的“VTABLE”機制。編譯器發(fā)現(xiàn)一個類中有被聲明為virtual的函數(shù)，就會為其搞一個虛函數(shù)表，也就是VTABLE。VTABLE實際上是一個函數(shù)指針的數(shù)組，每個虛函數(shù)占用這個數(shù)組的一個slot。一個類只有一個VTABLE，不管它有多少個實例。派生類有自己的VTABLE，但是派生類的VTABLE與基類的VTABLE有相同的函數(shù)排列順序，同名的虛函數(shù)被放在兩個數(shù)組的相同位置上。在創(chuàng)建類實例的時候，編譯器還會在每個實例的內(nèi)存布局中增加一個vptr字段，該字段指向本類的VTABLE。通過這些手段，編譯器在看到一個虛函數(shù)調(diào)用的時候，就會將這個調(diào)用改寫。
void bar(A * a){    a->foo();   }
會被改寫為：
void bar(A * a){    (a->vptr[1])();  }
因為派生類和基類的foo()函數(shù)具有相同的VTABLE索引，而他們的vptr又指向不同的VTABLE，因此通過這樣的方法可以在運行時刻決定調(diào)用哪個foo()函數(shù)。雖然實際情況遠非這么簡單，但是基本原理大致如此。

5.3 overload和override
      虛函數(shù)總是在派生類中被改寫，這種改寫被稱為“override”。我經(jīng)常混淆“overload”和“override”這兩個單詞。澄清一下：
    override是指派生類重寫基類的虛函數(shù)，就象我們前面B類中重寫了A類中的foo()函數(shù)。重寫的函數(shù)必須有一致的參數(shù)表和返回值（C++標準允許返回值不同的情況，這個我會在“語法”部分簡單介紹，但是很少編譯器支持這個feature）。這個單詞好象一直沒有什么合適的中文詞匯來對應(yīng)，有人譯為“覆蓋”，還貼切一些。
    overload約定成俗的被翻譯為“重載”。是指編寫一個與已有函數(shù)同名但是參數(shù)表不同的函數(shù)。例如一個函數(shù)即可以接受整型數(shù)作為參數(shù)，也可以接受浮點數(shù)作為參數(shù)。

6、虛函數(shù)的語法
6.1  virtual關(guān)鍵字
class A
{
public:
    virtual void foo();
};
class B: public A
{
public:
    void foo();    // 沒有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，基類聲明的虛函數(shù)，在派生類中也是虛函數(shù)，即使不再使用virtual關(guān)鍵字。

6.2  private的虛函數(shù)
class A
{
public:
    void foo() { bar();}
private:
    virtual void bar() { ...}
};

class B: public A
{
private:
    virtual void bar() { ...}
};
      在這個例子中，雖然bar()在A類中是private的，但是仍然可以出現(xiàn)在派生類中，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。并不會因為它是private的，就發(fā)生A::foo()不能訪問B::bar()的情況，也不會發(fā)生B::bar()對A::bar()的override不起作用的情況。
     這種寫法的語意是：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)用這個函數(shù)。

6.3 構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中的虛函數(shù)調(diào)用
    一個類的虛函數(shù)在它自己的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中被調(diào)用的時候，它們就變成普通函數(shù)了，不“虛”了。也就是說不能在構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中讓自己“多態(tài)”。

當構(gòu)造函數(shù)內(nèi)部有虛函數(shù)時，會出現(xiàn)什么情況呢？結(jié)果是，只有在該類中的虛函數(shù)被調(diào)用，也就是說，在構(gòu)造函數(shù)中，虛函數(shù)機制不起作用了，調(diào)用虛函數(shù)如同調(diào)用一般的成員函數(shù)一樣。

當析構(gòu)函數(shù)內(nèi)部有虛函數(shù)時，又如何工作呢？與構(gòu)造函數(shù)相同，只有“局部”的版本被調(diào)用。但是，行為相同，原因是不一樣的。構(gòu)造函數(shù)只能調(diào)用“局部”版本，是因為調(diào)用時還沒有派生類版本的信息。析構(gòu)函數(shù)則是因為派生類版本的信息已經(jīng)不可靠了。我們知道，析構(gòu)函數(shù)的調(diào)用順序與構(gòu)造函數(shù)相反，是從派生類的析構(gòu)函數(shù)到基類的析構(gòu)函數(shù)。當某個類的析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用時，其下一級的析構(gòu)函數(shù)已經(jīng)被調(diào)用了，相應(yīng)的數(shù)據(jù)也已被丟失，如果再調(diào)用虛函數(shù)的最后一級的版本，就相當于對一些不可靠的數(shù)據(jù)進行操作，這是非常危險的。因此，在析構(gòu)函數(shù)中，虛函數(shù)機制也是不起作用的。例如：
class A
{
public:
    A() { foo();}        // 在這里，無論如何都是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的時候，會導(dǎo)致B::foo()被調(diào)用，那么你就錯了。同樣，在new B的時候，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()。

6.4 什么時候使用虛函數(shù)
    在你設(shè)計一個基類的時候，如果發(fā)現(xiàn)一個函數(shù)需要在派生類里有不同的表現(xiàn)，那么它就應(yīng)該是虛的。從設(shè)計的角度講，出現(xiàn)在基類中的虛函數(shù)是接口，出現(xiàn)在派生類中的虛函數(shù)是接口的具體實現(xiàn)。通過這樣的方法，就可以將對象的行為抽象化。
“如果你發(fā)現(xiàn)基類提供了虛函數(shù)，那么你最好override它”。
　　

7、Things to Remember

       定義一個函數(shù)為虛函數(shù)，不代表函數(shù)為不被實現(xiàn)的函數(shù)。定義他為虛函數(shù)是為了允許用基類的指針來調(diào)用子類的這個函數(shù)。
       定義一個函數(shù)為純虛函數(shù)，才代表函數(shù)沒有被實現(xiàn)。定義他是為了實現(xiàn)一個接口，起到一個規(guī)范的作用，規(guī)范繼承這個。類的程序員必須實現(xiàn)這個函數(shù)。
    有純虛函數(shù)的類是不可能生成類對象的，如果沒有純虛函數(shù)則可以。
     多態(tài)一般就是通過指向基類的指針來實現(xiàn)的。

4.有一點你必須明白，就是用父類的指針在運行時刻來調(diào)用子類:
例如，有個函數(shù)是這樣的：
void animal::fun1(animal *maybedog_maybehorse)
{
     maybedog_maybehorse->born();

}
參數(shù)maybedog_maybehorse在編譯時刻并不知道傳進來的是dog類還是horse類，所以就把它設(shè)定為animal類，具體到運行時決定了才決定用那個函數(shù)。也就是說用父類指針通過虛函數(shù)來決定運行時刻到底是誰而指向誰的函數(shù)。

8、用虛函數(shù)和不用虛函數(shù)
class animal
{
public:
     animal();
     ~animal();
     void fun1(animal *maybedog_maybehorse);
     virtual void born();
};
void animal::fun1(animal *maybedog_maybehorse)
{
     maybedog_maybehorse->born();
}

animal::animal() { }
animal::~animal() { }
void animal::born()
{
     cout<< "animal";
}
class horse:public animal
{
public:
     horse();
     ~horse();
     virtual void born();
};
horse::horse() { }
horse::~horse() { }
void horse::born()

{
     cout<<"horse";
}
void main()
{
     animal a;
     horse b;
     a.fun1(&b); //output: horse //如果不用虛函數(shù)則輸出animal
}
9、例子

class CBase{
public:

CBase(){

cout<<"CBase Constructor! ";

func();

}

~CBase(){

cout<<"CBase deconstructor! ";

func();

}

virtual void func(){ cout<<"CBase::func() called! "; }

};
class CDerive: public CBase{

public:

CDerive(){

cout<<"CDerive Constructor! ";

func();

}

~CDerive(){

cout<<"CDerive deconstructor! ";

func();

}

void func(){ cout<<"CDerive::func() called! ";}

void func1(){ func(); } //調(diào)用虛函數(shù)

};

class CSubDerive: public CDerive{

public:

CSubDerive(){

cout<<"CSubDerive Constructor! ";

func();

}

~CSubDerive(){

cout<<"CSubDerive deconstructor! ";

func();

}

void func(){ cout<<"CSubDerive::func() called! ";}

};

void main(){

CSubDerive obj; //will produce "CBase::func() called!"

obj.func1(); //will produce "CSubDerive::func() called!"

}

發(fā)表于 2009-03-20 23:55 fatemaster 閱讀(681) 評論(0) 編輯收藏引用所屬分類: 網(wǎng)摘

虛函數(shù)與構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)

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