前言
C++中的虚函数的作用主要是实现了多态的机制。关于多态，简而言之就是用父类型别的指针(或者引用)指向其子类的实例，然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。这种技术可以让父类的指针有“多种形态”，这是一种泛型技术。所谓泛型技术，说白了就是试图使用不变的代码来实现可变的算法。比如：模板技术，RTTI技术，虚函数技术，要么是试图做到在编译时决议，要么试图做到运行时决议。
关于虚函数的使用方法，我在这里不做过多的阐述。大家可以看看相关的C++的书籍。在这篇文章中，我只想从虚函数的实现机制上面为大家 一个清晰的剖析。
当然，相同的文章在网上也出现过一些了，但我总感觉这些文章不是很容易阅读，大段大段的代码，没有图片，没有详细的说明，没有比较，没有举一反三。不利于学习和阅读，所以这是我想写下这篇文章的原因。也希望大家多给我提意见。
言归正传，让我们一起进入虚函数的世界。
虚函数表
对C++ 了解的人都应该知道虚函数（Virtual
Function）是通过一张虚函数表（Virtual Table）来实现的。简称为V-Table。在这个表中，主是要一个类的虚函数的地址表，这张表解决了继承、覆盖的问题，保证其容真实反应实际的函数。这样，在有虚函数的类的实例中这个表被分配在了这个实例的内存中，所以，当我们用父类的指针来操作一个子类的时候，这张虚函数表就显得由为重要了，它就像一个地图一样，指明了实际所应该调用的函数。
这里我们着重看一下这张虚函数表。C++的编译器应该是保证虚函数表的指针存在于对象实例中最前面的位置（这是为了保证取到虚函数表的有最高的性能——如果有多层继承或是多重继承的情况下）。 这意味着我们通过对象实例的地址得到这张虚函数表，然后就可以遍历其中函数指针，并调用相应的函数。
也就是对象实例占有一定的内存空间，而其首地址存放的是虚函数列表的地址，虚函数列表存放的是虚函数的地址。
听我扯了那么多，我可以感觉出来你现在可能比以前更加晕头转向了。 没关系，下面就是实际的例子，相信聪明的你一看就明白了。
假设我们有这样的一个类：
class Base {
public:
virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }
virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
};
按照上面的说法，我们可以通过Base的实例来得到虚函数表。 下面是实际例程：
typedef void(*Fun)(void);
Base b;
Fun pFun = NULL;
cout << "虚函数表地址：" << (int*)(&b) << endl;
cout << "虚函数表 — 第一个函数地址：" << (int*)*(int*)(&b)
<< endl;
// Invoke the first virtual function
pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&b));
pFun();
实际运行经果如下：(Windows XP+VS2003, Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3)
虚函数表地址：0012FED4
虚函数表 — 第一个函数地址：0044F148
Base::f
通过这个示例，我们可以看到，我们可以通过强行把&b转成int
*，取得虚函数表的地址，然后，再次取址就可以得到第一个虚函数的地址了，也就是Base::f()，这在上面的程序中得到了验证（把int* 强制转成了函数指针）。通过这个示例，我们就可以知道如果要调用Base::g()和Base::h()，其代码如下：
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+0); // Base::f()
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+1); // Base::g()
(Fun)*((int*)*(int*)(&b)+2); // Base::h()
这个时候你应该懂了吧。什么？还是有点晕。也是，这样的代码看着太乱了。没问题，让我画个图解释一下。如下所示：
注意：在上面这个图中，我在虚函数表的最后多加了一个结点，这是虚函数表的结束结点，就像字符串的结束符“/0”一样，其标志了虚函数表的结束。这个结束标志的值在不同的编译器下是不同的。在WinXP+VS2003下，这个值是NULL。而在Ubuntu
7.10 + Linux 2.6.22 + GCC 4.1.3下，这个值是如果1，表示还有下一个虚函数表，如果值是0，表示是最后一个虚函数表。
下面，我将分别说明“无覆盖”和“有覆盖”时的虚函数表的样子。没有覆盖父类的虚函数是毫无意义的。我之所以要讲述没有覆盖的情况，主要目的是为了给一个对比。在比较之下，我们可以更加清楚地知道其内部的具体实现。
一般继承（无虚函数覆盖）
下面，再让我们来看看继承时的虚函数表是什么样的。假设有如下所示的一个继承关系：
请注意，在这个继承关系中，子类没有重载任何父类的函数。那么，在派生类的实例中，其虚函数表如下所示：
对于实例：Derive d; 的虚函数表如下：
我们可以看到下面几点：
1）虚函数按照其声明顺序放于表中。
2）父类的虚函数在子类的虚函数前面。
我相信聪明的你一定可以参考前面的那个程序，来编写一段程序来验证。
一般继承（有虚函数覆盖）
覆盖父类的虚函数是很显然的事情，不然，虚函数就变得毫无意义。下面，我们来看一下，如果子类中有虚函数重载了父类的虚函数，会是一个什么样子？假设，我们有下面这样的一个继承关系。
为了让大家看到被继承过后的效果，在这个类的设计中，我只覆盖了父类的一个函数：f()。那么，对于派生类的实例，其虚函数表会是下面的一个样子：
我们从表中可以看到下面几点，
1）覆盖的f()函数被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。
2）没有被覆盖的函数依旧。
这样，我们就可以看到对于下面这样的程序，
Base *b = new Derive();
b->f();
由b所指的内存中的虚函数表的f()的位置已经被Derive::f()函数地址所取代，于是在实际调用发生时，是Derive::f()被调用了。这就实现了多态。
多重继承（无虚函数覆盖）
下面，再让我们来看看多重继承中的情况，假设有下面这样一个类的继承关系。注意：子类并没有覆盖父类的函数。
对于子类实例中的虚函数表，是下面这个样子：
我们可以看到：
1） 每个父类都有自己的虚表。
2） 子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。（所谓的第一个父类是按照声明顺序来判断的）
这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例，而能够调用到实际的函数。
多重继承（有虚函数覆盖）
下面我们再来看看，如果发生虚函数覆盖的情况。
下图中，我们在子类中覆盖了父类的f()函数。
下面是对于子类实例中的虚函数表的图：
我们可以看见，三个父类虚函数表中的f()的位置被替换成了子类的函数指针。这样，我们就可以任一静态类型的父类来指向子类，并调用子类的f()了。如：
Derive d;
Base1 *b1 = &d;
Base2 *b2 = &d;
Base3 *b3 = &d;
b1->f(); //Derive::f()
b2->f(); //Derive::f()
b3->f(); //Derive::f()
b1->g(); //Base1::g()
b2->g(); //Base2::g()
b3->g(); //Base3::g()
安全性
每次写C++的文章，总免不了要批判一下C++。这篇文章也不例外。通过上面的讲述，相信我们对虚函数表有一个比较细致的了解了。水可载舟，亦可覆舟。下面，让我们来看看我们可以用虚函数表来干点什么坏事吧。
一、通过父类型的指针访问子类自己的虚函数
我们知道，子类没有重载父类的虚函数是一件毫无意义的事情。因为多态也是要基于函数重载的。虽然在上面的图中我们可以看到Base1的虚表中有Derive的虚函数，但我们根本不可能使用下面的语句来调用子类的自有虚函数：
Base1 *b1 = new Derive();
b1->f1(); //编译出错
任何妄图使用父类指针(或者引用)想调用子类中的未覆盖父类的成员函数的行为都会被编译器视为非法，所以，这样的程序根本无法编译通过。但在运行时，我们可以通过指针的方式访问虚函数表来达到违反C++语义的行为。（关于这方面的尝试，通过阅读后面附录的代码，相信你可以做到这一点）
二、访问non-public的虚函数
另外，如果父类的虚函数是private或是protected的，但这些非public的虚函数同样会存在于虚函数表中，所以，我们同样可以使用访问虚函数表的方式来访问这些non-public的虚函数，这是很容易做到的。
如：
class Base {
private:
virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
};
class Derive : public Base{
};
typedef void(*Fun)(void);
void main() {
Derive d;
Fun pFun = (Fun)*((int*)*(int*)(&d)+0);
pFun();
}
结束语
C++这门语言是一门Magic的语言，对于程序员来说，我们似乎永远摸不清楚这门语言背着我们在干了什么。需要熟悉这门语言，我们就必需要了解C++里面的那些东西，需要去了解C++中那些危险的东西。不然，这是一种搬起石头砸自己脚的编程语言。
在文章束之前还是介绍一下自己吧。我从事软件研发有十个年头了，目前是软件开发技术主管，技术方面，主攻Unix/C/C++，比较喜欢网络上的技术，比如分布式计算，网格计算，P2P，Ajax等一切和互联网相关的东西。管理方面比较擅长于团队建设，技术趋势分析，项目管理。欢迎大家和我交流，我的MSN和Email是：haoel@hotmail.com
例子：此外注意虚函数不能是构造函数(对象还没构造，怎么动态联编)，静态函数(编译时确定，且不属于对象，故不能为虚函数)，内联函数(编译进行展开，肯定不能为虚。)
class ClassA
{
public:
virtual ~ ClassA(){};
virtual void FunctionA(){};
private: // protected 或者private都会显示不可访问
virtual void f(){cout << "classA f" << endl;}
};
class ClassB
{
public:
virtual void FunctionB(){};
};
class ClassC : public ClassA,public ClassB
{
public:
virtual void f(){cout << "classA f" << endl;}
};
int main(){
//cout << sizeof(DATE)<< endl;
ClassC aObject;
ClassA* pA=&aObject;
ClassB* pB=&aObject;
ClassC* pC=&aObject;
cout << pA << endl; // pA和pC的地址是一致的 和pB不同
cout << pB << endl;
cout << pC << endl;
//pA->f(); // 不可访问 出错
return 0;
}
附录一：VC中查看虚函数表
我们可以在VC的IDE环境中的Debug状态下展开类的实例就可以看到虚函数表了（并不是很完整的）
附录 二：例程
下面是一个关于多重继承的虚函数表访问的例程：
#include <iostream>
using namespace std;
class Base1 {
public:
virtual void f() { cout << "Base1::f" << endl; }
virtual void g() { cout << "Base1::g" << endl; }
virtual void h() { cout << "Base1::h" << endl; }
};
class Base2 {
public:
virtual void f() { cout << "Base2::f" << endl; }
virtual void g() { cout << "Base2::g" << endl; }
virtual void h() { cout << "Base2::h" << endl; }
};
class Base3 {
public:
virtual void f() { cout << "Base3::f" << endl; }
virtual void g() { cout << "Base3::g" << endl; }
virtual void h() { cout << "Base3::h" << endl; }
};
class Derive : public Base1, public Base2, public Base3 {
public:
virtual void f() { cout << "Derive::f" << endl; }
virtual void g1() { cout << "Derive::g1" << endl; }
};
typedef void(*Fun)(void);
int main()
{
Fun pFun = NULL;
Derive d;
int** pVtab = (int**)&d;
//Base1's vtable
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+0);
pFun = (Fun)pVtab[0][0];
pFun();
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+1);
pFun = (Fun)pVtab[0][1];
pFun();
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+2);
pFun = (Fun)pVtab[0][2];
pFun();
//Derive's vtable
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+0)+3);
pFun = (Fun)pVtab[0][3];
pFun();
//The tail of the vtable
pFun = (Fun)pVtab[0][4];
cout<<pFun<<endl;
//Base2's vtable
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+0);
pFun = (Fun)pVtab[1][0];
pFun();
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+1);
pFun = (Fun)pVtab[1][1];
pFun();
pFun = (Fun)pVtab[1][2];
pFun();
//The tail of the vtable
pFun = (Fun)pVtab[1][3];
cout<<pFun<<endl;
//Base3's vtable
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+0);
pFun = (Fun)pVtab[2][0];
pFun();
//pFun = (Fun)*((int*)*(int*)((int*)&d+1)+1);
pFun = (Fun)pVtab[2][1];
pFun();
pFun = (Fun)pVtab[2][2];
pFun();
//The tail of the vtable
pFun = (Fun)pVtab[2][3];
cout<<pFun<<endl;
return 0;
}
(转载时请注明作者和出处。未经许可，请勿用于商业用途)
转自：http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1948051/
抽象类指的是含有纯虚函数的类，当然其可以有普通的成员方法，抽象类不能实例化。如果成员方法全部是纯虚函数的话，那么该类在java中就被称为接口，但在c++中仍然被称为抽象类(没有接口这一概念，不太统一)。。java中引入接口主要是因为java不支持多继承(extends)，因此定义了接口的概念，这样可以实现多个接口(implement).详细参看：http://www.cnblogs.com/fly1988happy/archive/2012/09/25/2701237.html
1. 多态
在面向对象语言中，接口的多种不同实现方式即为多态。多态是指，用父类的指针指向子类的实例(对象)，然后通过父类的指针调用实际子类的成员函数。
多态性就是允许将子类类型的指针赋值给父类类型的指针，多态是通过虚函数实现的。
多态可以让父类的指针有“多种形态”，这是一种泛型技术。（所谓泛型技术，就是试图使用不变的代码来实现可变的算法）。
2. 虚函数
2.1虚函数定义
在基类的类定义中，定义虚函数的一般形式：
Virtual 函数返回值类型 虚函数名（形参表）
{函数体}
虚函数必须是类的非静态成员函数（且非构造函数），其访问权限是public。
2.2 虚函数的作用
虚函数的作用是实现动态联编，也就是在程序的运行阶段动态地选择合适的成员函数，在定义了虚函数后，可以在基类的派生类中对虚函数进行重新定义（形式同上）。在派生类中定义的函数应与虚函数具有相同的形参个数和形参类型(覆盖)，以实现统一的接口，不同定义过程。如果在派生类中没有对虚函数重新定义，则它继承其基类的虚函数。
虚函数可以让成员函数操作一般化，用基类的指针指向不同的派生类的对象时，基类虚成员函数调用基类指针，则会调用其真正指向的对象的成员函数，而不是基类中定义的成员函数（只要派生类改写了该成员函数）。若不是虚函数，则不管基类指针指向哪个派生类对象，调用时都会调用基类中定义的那个函数。
2.3 实现动态联编需要三个条件：
1）必须把需要动态联编的行为定义为类的公共属性的虚函数；
2）类之间存在子类型关系，一般表现为一个类从另一个类公有派生而来；
3）必须先使用基类指针指向子类型的对象，然后直接或者间接使用基类指针调用虚函数。
2.4 定义虚函数的限制
1）非类的成员函数不能定义为虚函数，类的成员函数中静态成员函数和构造函数也不能定义为虚函数，但可以将析构函数定义为虚函数。
2）只需要在声明函数的类体中使用关键字“virtual”将函数声明为虚函数，而定义函数时不需要使用关键字“virtual”。
3）如果声明了某个成员函数为虚函数，则在该类中不能出现和这个成员函数同名并且返回值、参数个数、参数类型都相同的非虚函数。在以该类为基类的派生类中，也不能出现这种非虚的同名同返回值同参数个数同参数类型函数。
2.5
1）为什么类的静态成员函数不能为虚函数：
如果定义为虚函数，那么它就是动态绑定的，也就是在派生类中可以被覆盖的，这与静态成员函数的定义（在内存中只有一份拷贝，通过类名或对象引用访问静态成员）本身就是相矛盾的。
2）为什么构造函数不能为虚函数：
因为如果构造函数为虚函数的话，它将在执行期间被构造，而执行期则需要对象已经建立，构造函数所完成的工作就是为了建立合适的对象，因此在没有构建好的对象上不可能执行多态（虚函数的目的就在于实现多态性）的工作。在继承体系中，构造的顺序就是从基类到派生类，其目的就在于确保对象能够成功地构建。构造函数同时承担着虚函数表的建立，如果它本身都是虚函数的话，如何确保vtbl的构建成功呢？
3）虚析构函数
C++开发的时候，用来做基类的类的析构函数一般都是虚函数。当基类中有虚函数的时候，析构函数也要定义为虚析构函数。如果不定义虚析构函数，当删除一个指向派生类对象的指针时，会调用基类的析构函数，派生类的析构函数未被调用，造成内存泄露。
虚析构函数工作的方式是：最底层的派生类的析构函数最先被调用，然后各个基类的析构函数被调用。这样，当删除指向派生类的指针时，就会首先调用派生类的析构函数，不会有内存泄露的问题了。
一般情况下，如果类中没有虚函数，就不用去声明虚析构函数。当且仅当类里包含至少一个虚函数的时候才去声明虚析构函数。
只有当一个类被用来作为基类的时候，才把析构函数写成虚函数。
2.6虚函数的实现——虚函数表
虚函数是通过一张虚函数表来实现的，简称V-Table。类的虚函数表是一块连续的内存，每个内存单元中记录一个JMP指令的地址。编译器会为每个有虚函数的类创建一个虚函数表，该虚函数表将被该类的所有对象共享，类的每个虚函数成员占据虚函数表中的一行。
在这个表中，主要是一个类的虚函数的地址表。这张表解决了继承、覆盖的问题，保证其真实反应实际的函数。在有虚函数的类的实例中，分配了指向这个表的指针的内存，所以，当用父类的指针来操作一个子类的时候，这张虚函数表就指明了实际所应该调用的函数。
3. 纯虚函数
许多情况下，在基类中不能对虚函数给出有意义的实现，则把它声明为纯虚函数，它的实现留给该基类的派生类去做。
纯虚函数的声明格式：virtual <函数返回类型说明符> <函数名> ( <参数表> )=0;
纯虚函数的作用是为派生类提供一个一致的接口。
4.抽象类(abstract class)
抽象类是指含有纯虚函数的类(至少有一个纯虚函数)，该类不能创建对象(抽象类不能实例化)，但是可以声明指针和引用，用于基础类的接口声明和运行时的多态。
抽象类中，既可以有抽象方法，也可以有具体方法或者叫非抽象方法。抽象类中，既可以全是抽象方法，也可以全是非抽象方法。一个继承于抽象类的子类，只有实现了父类所有的抽象方法才能够是非抽象类。
5.接口
接口是一个概念。它在C++中用抽象类来实现，在C#和Java中用interface来实现。
接口是专门被继承的。接口存在的意义也是被继承。和C++里的抽象类里的纯虚函数是相同的。不能被实例化。
定义接口的关键字是interface，例如：
public interface MyInterface{
public void add(int x,int y);
public void volume(int x,int y,int z);
}
继承接口的关键字是implements，相当于继承类的extends。需要注意的是，当继承一个接口时，接口里的所有函数必须全部被覆盖。
当想继承多个类时，开发程序不允许，报错。这样就要用到接口。因为接口允许多重继承，而类不允许（C++中可以多重继承）。所以就要用到接口。
6.虚基类
在派生类继承基类时，加上一个virtual关键词则为虚拟基类继承，如：
class derive : virtual public base
{
};
虚基类是相对于它的派生类而言的，它本身可以是一个普通的类。只有它的派生类虚继承它的时候，它才称作虚基类，如果没有虚继承的话，就称为基类。比如类B虚继承于类A，那类A就称作类B的虚基类，如果没有虚继承，那类B就只是类A的基类。
虚继承主要用于一个类继承多个类的情况，避免重复继承同一个类两次或多次。
例如 由类A派生类B和类C，类D又同时继承类B和类C，这时候类D就要用虚继承的方式避免重复继承类A两次。
7. 抽象类VS接口
一个类可以有多个接口，只能继承一个父类？？
抽象类可以有构造方法，接口中不能有构造方法；
抽象类中可以有普通成员变量，接口中没有普通成员变量；
接口里边全部方法都必须是abstract的，抽象类的可以有实现了的方法；
抽象类中的抽象方法的访问类型可以是public，protected，但接口中的抽象方法只能是public类型的，并且默认即为public abstract类型；
抽象类中可以包含静态方法，接口中不能包含静态方法；
抽象类和接口中都可以包含静态成员变量，抽象类中的静态成员变量的访问类型可以任意，但接口中定义的变量只能是public static final类型，并且默认即为public static final类型。
8. 虚函数VS纯虚函数
虚函数
引入原因：为了方便使用多态特性，我们常常需要在基类中定义虚函数。
纯虚函数
引入原因：
1）同“虚函数”；
2）在很多情况下，基类本身生成对象是不合情理的。例如，动物作为一个基类可以派生出老虎、孔雀等子类，但动物本身生成对象明显不合常理。
纯虚函数就是基类只定义了函数体，没有实现过程。
纯虚函数相当于接口，不能直接实例话，需要派生类来实现函数定义；
有的人可能在想，定义这些有什么用？
比如你想描述一些事物的属性给别人，而自己不想去实现，就可以定义为纯虚函数。说的再透彻一些，比如盖楼房，你是老板，你给建筑公司描述清楚你的楼房的特性，多少层，楼顶要有个花园什么的，建筑公司就可以按照你的方法去实现了，如果你不说清楚这些，可能建筑公司不太了解你需要楼房的特性。用纯需函数就可以很好的分工合作了。
二者的区别：
1> 类里声明为虚函数的话,这个函数是实现的，哪怕是空实现，它的作用就是为了能让这个函数在它的子类里面可以被重载，这样的话，编译器就可以使用后期绑定来达到多态了；
纯虚函数只是一个接口，是个函数的声明而已，它要留到子类里去实现。
2>虚函数在子类里面也可以不重载的；但纯虚必须在子类去实现，这就像Java的接口一样。通常我们把很多函数加上virtual，是一个好的习惯，虽然牺牲了一些性能，但是增加了面向对象的多态性，因为你很难预料到父类里面的这个函数不在子类里面不去修改它的实现；
3>虚函数的类用于“实作继承”，继承接口的同时也继承了父类的实现。当然我们也可以完成自己的实现。纯虚函数的类用于“介面继承”，主要用于通信协议方面。关注的是接口的统一性，实现由子类完成。一般来说，介面类中只有纯虚函数的；
4>带纯虚函数的类叫抽象类，这种基类不能直接生成对象，而只有被继承，并重写其虚函数后，才能使用。