Что такое виртуальная функция

1️⃣ Как кратко ответить

Виртуальная функция в C++ — это функция-член класса, объявленная с ключевым словом virtual, которая позволяет производным классам переопределять её поведение. Она обеспечивает полиморфизм, позволяя вызывать переопределенные функции через указатели или ссылки на базовый класс.

2️⃣ Подробное объяснение темы

Виртуальные функции являются ключевым элементом для реализации полиморфизма в C++. Полиморфизм позволяет объектам разных классов обрабатываться через один и тот же интерфейс, что делает код более гибким и расширяемым.

Зачем нужны виртуальные функции

Виртуальные функции позволяют создавать иерархии классов, где базовый класс определяет интерфейс, а производные классы могут предоставлять конкретные реализации этого интерфейса. Это особенно полезно, когда вы хотите, чтобы функции в производных классах вызывались через указатели или ссылки на базовый класс.

Как работают виртуальные функции

Когда функция объявляется как виртуальная, компилятор создает таблицу виртуальных функций (vtable) для класса. Эта таблица содержит указатели на виртуальные функции класса. Каждый объект класса содержит указатель на соответствующую vtable, что позволяет динамически определять, какую функцию вызывать во время выполнения программы.

Пример кода

#include <iostream>
​
// Базовый класс
class Base {
public:
    // Виртуальная функция
    virtual void show() {
        std::cout << "Base class show function" << std::endl;
    }
};
​
// Производный класс
class Derived : public Base {
public:
    // Переопределение виртуальной функции
    void show() override {
        std::cout << "Derived class show function" << std::endl;
    }
};
​
int main() {
    Base* basePtr;
    Derived derivedObj;
​
    // Указатель на базовый класс указывает на объект производного класса
    basePtr = &derivedObj;
​
    // Вызов функции через указатель на базовый класс
    basePtr->show(); // Вывод: "Derived class show function"
​
    return 0;
}

Объяснение кода

• Класс Base: Определяет виртуальную функцию show(). Это позволяет производным классам переопределять её.

• Класс Derived: Наследует от Base и переопределяет функцию show(). Ключевое слово override используется для явного указания на переопределение функции.

• Функция main():

  • Создается указатель basePtr на базовый класс Base.
  • Создается объект derivedObj класса Derived.
  • Указатель basePtr присваивается адресу derivedObj, что позволяет использовать указатель на базовый класс для работы с объектом производного класса.
  • Вызов basePtr->show() приводит к вызову функции show() из класса Derived, благодаря механизму виртуальных функций.

Применение

Виртуальные функции широко используются в объектно-ориентированном программировании для реализации интерфейсов и абстрактных классов. Они позволяют создавать гибкие и расширяемые архитектуры программного обеспечения, где новые классы могут добавляться без изменения существующего кода.