C++ 虚函数 超全知识点总结
虚函数是 C++ 多态（动态多态） 的核心，专门解决父类指针 / 引用指向子类对象时，调用正确函数的问题。我会把所有考点、用法、原理、坑点一次性讲全。
一、基础概念
1. 定义
在类的成员函数 前加 virtual 关键字，就是虚函数 。作用：运行时决定调用哪个类的函数（动态绑定 / 晚绑定）。
2. 核心目的
让父类指针 / 引用 指向子类对象 时，能调用子类重写的函数，而不是父类版本。
3. 语法格式
cpp
运行
class 父类 {
public:
virtual 返回值 函数名(参数) { // 虚函数
// 实现
}
};
class 子类 : public 父类 {
public:
返回值 函数名(参数) override { // 重写（建议加 override）
// 子类实现
}
};二、必须掌握的 4 个基础规则
1. 只有成员函数能加 virtual
全局函数、静态函数、构造函数 不能是虚函数。
2. 子类重写时，virtual 可写可不写
只要父类声明了 virtual，子类自动继承虚属性。建议：子类重写加 override 关键字（编译器检查是否正确重写）。
3. 动态绑定条件（缺一不可）
- 函数必须是 虚函数
- 通过 父类指针 / 父类引用 调用
- 指向 / 引用 子类对象
满足这 3 条，才会发生多态。
4. 构造函数不能是虚函数，析构函数建议是虚函数
- 构造：对象还没创建，无法调用虚函数
- 析构：父类指针删子类对象时，防止内存泄漏
三、虚析构函数（必考）
1. 为什么需要
父类指针指向 new 出来的子类对象，delete 时：
- 析构不是虚函数 → 只调用父类析构，子类资源泄漏
- 析构是虚函数 → 先调用子类析构，再调用父类析构
2. 写法
cpp
运行
class Base {
public:
virtual ~Base() { cout << "父类析构\n"; }
};3. 结论
只要类里有虚函数，析构函数一律写成虚析构！
四、纯虚函数 & 抽象类
1. 纯虚函数定义
没有函数体，用 = 0 结尾：
cpp
运行
virtual void func() = 0;2. 抽象类
包含至少一个纯虚函数的类。
- 不能实例化对象
- 必须由子类重写所有纯虚函数才能实例化
- 作用：定义接口，强制子类实现
3. 示例
cpp
运行
class Shape { // 抽象类
public:
virtual void draw() = 0; // 纯虚函数
};
class Circle : public Shape {
public:
void draw() override { // 必须实现
cout << "画圆\n";
}
};五、override /final 关键字（C++11）
1. override（检查重写）
告诉编译器：我要重写父类虚函数，写错就报错。
cpp
运行
void func() override; // 正确
void fun() override; // 编译报错（函数名写错）2. final（禁止重写 / 禁止继承）
- 修饰函数：子类不能再重写
- 修饰类：该类不能被继承
cpp
运行
virtual void func() final; // 禁止重写
class A final {}; // 禁止继承六、虚函数底层原理（面试必考）
1. 虚函数表 vtable
- 每个有虚函数的类 ，编译器会生成一张 虚函数表（静态，属于类）
- 表中存放：虚函数地址
- 子类重写 → 表中地址替换为子类函数地址
2. 虚指针 vptr
- 每个对象 会包含一个 虚指针（4/8 字节）
- 指向所属类的虚函数表
3. 调用流程
plaintext
父类指针 → 对象 vptr → 虚函数表 → 找到正确函数地址 → 调用4. 开销
- 空间：每个对象多一个指针（4/8 字节）
- 时间：多一次查表（几乎可忽略）
七、多重继承下的虚函数
- 子类会继承所有父类的虚函数
- 子类只有一张虚表（合并所有父类虚表）
- 子类重写任意父类虚函数，表中地址都会更新
八、10 个高频易错点
1. 静态函数不能是虚函数
静态函数属于类，不属于对象，没有 this 指针 → 无法动态绑定。
2. inline 与 virtual 冲突
虚函数是运行时确定，inline 是编译时展开 → 虚函数不能真正内联。
3. 构造函数中调用虚函数
不会发生多态！只会调用当前类的函数。（构造时子类还没初始化完成）
4. 友元函数不能是虚函数
友元不是类成员，无法加 virtual。
5. 函数签名必须完全一致才能重写
- 函数名、参数、const 都必须一样
- 返回值可协变（父返回父指针，子返回子指针）
6. 缺省参数用父类的
虚函数调用动态绑定，但缺省参数编译期确定，永远用父类默认值。
7. 虚函数可以是 private
依然能多态！权限检查在编译期，调用在运行期。
8. 不能定义抽象类对象
包含纯虚函数 → 编译报错。
9. 子类没实现纯虚函数 → 子类仍是抽象类
依旧不能创建对象。
10. 虚函数可以有实现
纯虚函数也能写实现体，作用：给子类提供默认逻辑。
九、完整示例代码（可直接运行）
cpp
运行
#include <iostream>
using namespace std;
// 父类
class Animal {
public:
virtual void sound() { // 虚函数
cout << "动物叫\n";
}
virtual ~Animal() { // 虚析构
cout << "Animal 析构\n";
}
};
// 子类
class Dog : public Animal {
public:
void sound() override { // 重写
cout << "汪汪汪\n";
}
~Dog() {
cout << "Dog 析构\n";
}
};
int main() {
Animal* p = new Dog(); // 父指针指向子对象
p->sound(); // 多态：调用 Dog::sound()
delete p; // 先调用 Dog 析构，再 Animal 析构
return 0;
}输出：
plaintext
汪汪汪
Dog 析构
Animal 析构