1.為什么調(diào)用普通函數(shù)比調(diào)用虛函數(shù)的效率高？

因?yàn)槠胀ê瘮?shù)是靜態(tài)聯(lián)編的，而調(diào)用虛函數(shù)是動(dòng)態(tài)聯(lián)編的。

聯(lián)編的作用：程序調(diào)用函數(shù)，編譯器決定使用哪個(gè)可執(zhí)行代碼塊。（所謂聯(lián)編就是將函數(shù)名和函數(shù)體的程序連接到一起的過(guò)程）

靜態(tài)聯(lián)編 ：在編譯的時(shí)候就確定了函數(shù)的地址，然后call就調(diào)用了。

（靜態(tài)聯(lián)編本質(zhì)是系統(tǒng)用實(shí)參與形參進(jìn)行匹配，對(duì)于重名的重載函數(shù)根據(jù)參數(shù)上的差異進(jìn)行區(qū)分，然后進(jìn)行聯(lián)編，從而實(shí)現(xiàn)編譯時(shí)的多態(tài)。函數(shù)的選擇基于指向?qū)ο蟮闹羔橆愋突蛘咭妙愋?。?/p>

動(dòng)態(tài)聯(lián)編 ： 首先需要取到對(duì)象的首地址，然后再解引用取到虛函數(shù)表的首地址后，再加上偏移量才能找到要調(diào)的虛函數(shù)，然后call調(diào)用。

（動(dòng)態(tài)聯(lián)編本質(zhì)上是運(yùn)行階段執(zhí)行的聯(lián)編，當(dāng)程序調(diào)用某一個(gè)函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)前的對(duì)象類型去尋找和連接其程序的代碼。函數(shù)的選擇基于對(duì)象的類型。）

2.為什么要用虛函數(shù)表（存函數(shù)指針的數(shù)組）？

同一個(gè)類的多個(gè)對(duì)象的虛函數(shù)表是同一個(gè)，所以這樣就可以節(jié)省空間，一個(gè)類自己的虛函數(shù)和繼承的虛函數(shù)還有重寫(xiě)父類的虛函數(shù)都會(huì)存在自己的虛函數(shù)表。同時(shí)，虛函數(shù)表本質(zhì)是一個(gè)地圖導(dǎo)航，可以清楚告訴一個(gè)想要操作子類的父類指針到底該使用哪個(gè)函數(shù)。

3.為什么要把基類的析構(gòu)函數(shù)定義為虛函數(shù)？

在用基類操作派生類時(shí)，為了防止執(zhí)行基類的析構(gòu)函數(shù)，不執(zhí)行派生類的析構(gòu)函數(shù)。因?yàn)檫@樣的刪除只能夠刪除基類對(duì)象, 而不能刪除子類對(duì)象, 形成了刪除一半形象, 會(huì)造成內(nèi)存泄漏.

4.虛函數(shù)可以是內(nèi)聯(lián)的嗎？

要多態(tài)的時(shí)候不內(nèi)聯(lián)，不多態(tài)的時(shí)候（也就是非指針、引用，也就是傳值）可以內(nèi)聯(lián)。

函數(shù)調(diào)用捆綁

要想深刻理解虛函數(shù)機(jī)理，首先要了解函數(shù)調(diào)用捆綁機(jī)制。捆綁指的是將標(biāo)識(shí)符（如變量名與函數(shù)名）轉(zhuǎn)化為地址。這里我們僅僅關(guān)注有關(guān)函數(shù)調(diào)用的捆綁。我們知道每個(gè)函數(shù)在編譯的過(guò)程中是存在一個(gè)唯一的地址的。如果我們?cè)诔绦蚨卫锩嬷苯诱{(diào)用某個(gè)函數(shù)，那么編譯器或者鏈接器會(huì)直接將函數(shù)標(biāo)識(shí)符替換為一個(gè)機(jī)器地址。這種方式是早捆綁，或者說(shuō)是靜態(tài)捆綁。因?yàn)槔壥窃诔绦蜻\(yùn)行之前完成的。

調(diào)用都是直接使用函數(shù)名，采用早捆綁的方式。編譯器會(huì)將每個(gè)函數(shù)調(diào)用替換為一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令，這個(gè)指令告訴CPU跳轉(zhuǎn)到函數(shù)的地址來(lái)執(zhí)行。

但是有時(shí)候，我們?cè)诔绦蜻\(yùn)行前并不知道調(diào)用哪個(gè)函數(shù)，此時(shí)必須使用晚捆綁或者動(dòng)態(tài)捆綁。晚綁定的一個(gè)例子就是使用函數(shù)指針。

使用函數(shù)指針來(lái)間接調(diào)用函數(shù)，編譯器在編譯階段并不知道函數(shù)指針到底指向哪個(gè)函數(shù)，所以必須使用動(dòng)態(tài)捆綁的方式。

動(dòng)態(tài)綁定看起來(lái)更靈活，但是其是有代價(jià)的。靜態(tài)捆綁時(shí)，CUP可以直接跳轉(zhuǎn)到函數(shù)地址。但是動(dòng)態(tài)捆綁，CPU必須先提取指針的地址，然后再跳轉(zhuǎn)到指向的函數(shù)地址。這多了一個(gè)步驟！

虛函數(shù)表（Vtable)

C++使用了一種稱為“虛表”的晚捆綁技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)虛函數(shù)。虛表是一個(gè)函數(shù)查詢表，以動(dòng)態(tài)捆綁的方式解析函數(shù)調(diào)用。每個(gè)具有一個(gè)或者多個(gè)虛函數(shù)的類都有一張?zhí)摫恚@個(gè)表是在編譯階段建立的靜態(tài)數(shù)組，其中包含了每個(gè)虛方法的函數(shù)指針，這些指針指向的是該類可見(jiàn)的派生最遠(yuǎn)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。其次，編譯器會(huì)在基類對(duì)象都會(huì)添加一個(gè)隱含指針，這里我們稱為*__vptr。這個(gè)指針當(dāng)然能夠被派生類所繼承，這相當(dāng)重要。當(dāng)類的實(shí)例被創(chuàng)建時(shí)，這個(gè)指針指向該類所對(duì)應(yīng)的虛表。這樣，當(dāng)使用某個(gè)對(duì)象調(diào)用虛方法時(shí)，通過(guò)該指針查找虛表，然后根據(jù)實(shí)際的對(duì)象類型執(zhí)行正確版本的方法調(diào)用。

純虛函數(shù)與抽象基類

有時(shí)候，基類的某個(gè)虛方法并不需要實(shí)現(xiàn)，但是希望派生類能夠提供重寫(xiě)的版本。這個(gè)時(shí)候，你需要定義純虛函數(shù)。純虛函數(shù)在類的定義中顯示說(shuō)明該方法不需要實(shí)現(xiàn)，其作用在于指明派生類必須要重寫(xiě)它。純虛函數(shù)的定義很簡(jiǎn)單：方法聲明后緊跟著=0。如果一個(gè)類中至少含有一個(gè)純虛函數(shù)，那么這個(gè)類是抽象基類，因?yàn)檫@個(gè)類無(wú)法實(shí)例化。當(dāng)繼承一個(gè)抽象類時(shí)，必須重寫(xiě)所有純虛函數(shù)，否則繼承出來(lái)的類也是一個(gè)抽象類。

抽象類至少包含一個(gè)純虛方法，抽象類提供了一種禁止其他代碼直接實(shí)例化對(duì)象的方法，但是重寫(xiě)純虛方法的派生類可以實(shí)例化。

接口類

接口是一個(gè)抽象的概念，使用者只關(guān)注功能而不要求了解實(shí)現(xiàn)。一個(gè)接口類可以看成一些純虛方法的集合，這意味著接口類僅有定義功能，而沒(méi)有具體的實(shí)現(xiàn)。C++ 其實(shí)沒(méi)有單獨(dú)的接口概念，而在Java和C#等語(yǔ)言中接口是與類相區(qū)別的。但是 C++ 仍然可以使用接口類實(shí)現(xiàn)類似的效果。有時(shí)候，我們也稱接口類為純抽象類，因?yàn)檫@個(gè)類中全是虛方法。

可以看到Instrument是一個(gè)純抽象類，其只提供方法的聲明，具體卻沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。但是它的兩個(gè)派生類分別重寫(xiě)了這些純虛方法，因此可以實(shí)例化。并且兩個(gè)函數(shù)可以接收任意繼承了Instrument的類實(shí)例對(duì)象。進(jìn)一步說(shuō)，這兩個(gè)函數(shù)僅關(guān)注接收的對(duì)象是否提供了Instrument所要求的接口，但是不關(guān)注具體是怎么實(shí)現(xiàn)的。純抽象類提供了更高級(jí)的抽象！這符合OOP的思想。

虛基類

虛基類主要是用來(lái)解決菱形層次結(jié)構(gòu)中的歧義基類問(wèn)題。菱形層次結(jié)構(gòu)是多重繼承中的一個(gè)典例。

利用虛基類，可以解決上面多重繼承中歧義基類問(wèn)題，基類僅被繼承一次。但是要注意的是此時(shí)的虛基類由派生最遠(yuǎn)的類負(fù)責(zé)創(chuàng)建（可以看成該類的直接基類），因?yàn)镻oweredDevice并沒(méi)有無(wú)參構(gòu)造函數(shù)，所以在Copier構(gòu)造函數(shù)初始化列表中必須加上PoweredDevice的有參構(gòu)造函數(shù)調(diào)用！

說(shuō)點(diǎn)題外話，盡管虛基類可以解決多重繼承中的菱形層次結(jié)構(gòu)，但是看起來(lái)還是很抽象與復(fù)雜。實(shí)際上，多重繼承本來(lái)就是一個(gè)很有爭(zhēng)議的話題，因?yàn)槭褂枚嘀乩^承會(huì)使得繼承體系變得復(fù)雜，而且產(chǎn)生一系列問(wèn)題，像Java和C#這類語(yǔ)言，是不允許多重繼承的，但是其單獨(dú)提供了接口，類可以繼承多個(gè)接口，這也相當(dāng)于多重繼承了。而且好處是接口的繼承相當(dāng)于組合，這也是比較推崇的！

對(duì)象切片

前面講過(guò)，實(shí)現(xiàn)虛函數(shù)及多態(tài)性必須要用傳地址的方式（引用或者指針）。一般，地址具有相同的長(zhǎng)度，這意味著派生類對(duì)象的地址與基類對(duì)象的地址也是相同，盡管派生類對(duì)象所占的內(nèi)存一般要高過(guò)基類對(duì)象。所以，傳地址的方式不會(huì)導(dǎo)致類型信息損失，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)多態(tài)性。

可以看到使用引用或者指針的方式，多態(tài)性都能夠?qū)崿F(xiàn)，但是傳值的方式就存在問(wèn)題。當(dāng)我們將一個(gè)派生類對(duì)象直接賦值給基類對(duì)象時(shí)，僅僅基類的部分被復(fù)制，派生類的那部分信息將丟失。我們稱這種現(xiàn)象為“對(duì)象切片”：對(duì)象丟失了自己原有的部分信息。使用對(duì)象本身并沒(méi)有問(wèn)題，但是處理不當(dāng)，會(huì)造成很多問(wèn)題。

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)型

前面的例子，我們都是將派生類對(duì)象復(fù)制給基類對(duì)象，不管是通過(guò)傳地址的方式還是對(duì)象切片方式。這些都是向上轉(zhuǎn)型——在類層次中向上移動(dòng)。我們不禁會(huì)想，肯定會(huì)存在可以向下移動(dòng)的向下轉(zhuǎn)型。一般來(lái)說(shuō)，派生類包含基類信息，所以向上轉(zhuǎn)型是容易的。但是，反過(guò)來(lái)可能會(huì)失??！因?yàn)闊o(wú)法保證基類對(duì)象實(shí)際上存儲(chǔ)的是派生類對(duì)象。

process函數(shù)接收一個(gè)基類指針，但是在內(nèi)部使用static_cast向下轉(zhuǎn)型為派生類指針，然后進(jìn)行后序處理。如果送入process函數(shù)的指針實(shí)際上就是指向派生類對(duì)象，那么上面的代碼是沒(méi)有問(wèn)題的。但是，如果僅僅傳入就是指向基類對(duì)象的指針，或者指向其他派生類的指針，那么函數(shù)內(nèi)部的轉(zhuǎn)型將存在問(wèn)題：由于static_cast在運(yùn)行時(shí)是不檢查對(duì)象實(shí)際類型的，這將導(dǎo)致不可控行為！

為了解決這樣的隱患，C++引入了運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)類型轉(zhuǎn)化操作符dynamic_cast。dynamic_cast在運(yùn)行時(shí)檢測(cè)底層對(duì)象的類型信息。如果類型轉(zhuǎn)換沒(méi)有意義，那么它將返回一個(gè)空指針（對(duì)于指針類型）或者拋出一個(gè)std::bad_cast異常（對(duì)于引用類型）。