15.4 Виртуальные функции

Виртуальные функции позволяют уже в базовом классе обращаться к функциям, которые будут определены позже в производных классах.

Например, функция go( ), перемещающая рыбку (объект класса fish), рисует ее, вызывая метод draw( ). Этот метод перекрывается в каждом производном от fish классе, т.к. щуки выглядят иначе, чем караси или карпы. Если бы не было виртуальных функций, каждый производный класс перекрывал бы и метод go( ) тоже, т.к. go( ) для щук вызывает один метод draw( ), а go( ) для карпов — совсем другой. Возникло бы дублирование кода, поскольку этот метод общий для всех производных классов. Если же сделать функцию draw( ) виртуальной, один и тот же метод go( ), описанный в базовом классе, будет вызывать различные методы draw ( ) в зависимости от того, какому потомку он принадлежит

Чтобы сделать метод виртуальным, достаточно объявить его с описателем virtual, например

virtual void draw ();

Для виртуальных функций действуют следующие правила:

1) виртуальную функцию нельзя объявлять как static;

2) спецификатор virtual необязателен при переопределении функции в производном классе;

3) виртуальная функция должна быть определена в классе, где она впервые объявлена или должна быть чисто виртуальной, т.е. не иметь кода

virtual void draw()=0 .

Класс, содержащий чисто виртуальные функции, является абстрактным, объекты такого класса не могут быть созданы. Единственным назначением абстрактных классов является “вынесение за скобки” общих свойств их потомков.

15.5 Реализация виртуальных функций

Виртуальные функции реализуются с использованием механизма позднего связывания, который заключается в следующем. Для каждого класса, имеющего виртуальные функции, транслятор строит таблицу виртуальных методов (vtable), которая хранит адреса виртуальных функций. Для любого класса в иерархии наследования адрес некоторой виртуальной функции имеет одно и то же смещение в vtable.

Каждый объект класса с виртуальными функциями содержит скрытый указатель vptr на таблицу виртуальных методов класса. Компилятор автоматически вставляет в начало конструктора код, который инициализирует vptr объекта.

Вызов виртуальной функции происходит через vtable, на которую указывает vptr объекта, делающего вызов. Адрес вызываемой функции определяется не во время трансляции (раннее связывание), а во время выполнения программы (позднее связывание). Это позволяет из метода go( ), унаследованного от базового класса обратиться к методу draw( ), определенному в производном классе.

15.6 Полиморфизм

Тот факт, что однажды созданный транслятором код вызывает различные функции, произвел глубокое впечатление на программистов и был назван ими полиморфизмом. Выбор вызываемой функции зависит от того, на какую таблицу виртуальных методов указывает vptr объекта, а это определяется тем, конструктор какого класса инициализировал объект.

Вопросы

1. Как вызвать конструктор предка из конструктора наследника?

2. Пусть элемент х определен в базовом классе с ключом protected, базовый класс наследуется с ключом private. Каков уровень доступа к элементу х в классе-наследнике?

3. Как инициализировать константный элемент класса?

4. Для чего нужны виртуальные методы?

5. Почему конструктор не бывает виртуальным?

6. Зачем нужны абстрактные классы?

7. Что содержит таблица виртуальных методов?

8. Каков механизм позднего связывания?