揭示C++中虚函数的奥秘：动态多态与底层机制
C++中的虚函数是实现多态性的重要手段，它让程序在运行时根据对象的实际类型而非引用类型选择调用的方法，这一特性被誉为动态联编，其核心作用在于提升代码的灵活性和扩展性。
首先，我们来看看虚函数的作用。当你在基类中声明一个虚函数，子类可以通过重写这个函数来实现对父类行为的扩展。比如，声明 A::fun1() virtual;，当你用基类指针或引用调用 A 对象的 fun1() 时，C++编译器会根据实际对象类型调用相应的子类版本，而非固定调用父类的实现。
接下来，让我们深入理解虚函数的底层工作原理。编译器通过在每个类对象中添加一个隐藏的虚表指针，连接到虚函数表（VTBL），这是一个包含了类中所有虚函数地址的数组。当调用虚函数时，程序根据对象的虚表指针找到对应的方法地址，执行实际的函数代码。这个过程在运行时动态进行，与静态的函数重载形成鲜明对比。
举个例子，基类的虚函数表会记录所有虚函数的地址，而派生类的虚函数表则会根据是否重写父类的虚函数进行调整。如果重写了，就替换其地址；如果没有，就保持原地址。这使得派生类能够继承并扩展父类的行为，同时保持代码的可扩展性。
使用虚函数也带来了一些注意事项。构造函数和析构函数不能声明为虚函数，因为它们需要按顺序执行。友元函数不能是虚函数，因为它们不是类的一部分。当派生类继承并重写基类的方法时，如果基类方法被重载，子类需要相应地重写所有版本，否则默认调用的还是基类的原始方法。
尽管虚函数的引入增加了内存开销，如每个对象增加的4或8字节虚表指针，以及查找虚函数地址的额外开销，但这种灵活性和可扩展性对于大型和复杂系统至关重要。因此，理解并恰当地使用虚函数，是C++开发者必备的技能之一。