为什么纯虚拟成员函数必须是虚拟的？

非虚拟纯函数没有多大意义。 从根本上说，函数是可以以某种方式调用的代码的命名部分。如果你让它变得纯粹，这意味着（可能）根本没有代码部分;只有名字。

这对于成员函数来说确实有意义，因为实现可以由其中一个派生类提供。即使不存在，呼叫也可能通过动态调度进行调用。但是，如果没有 ，就不存在这样的机制。virtualBase::foo()Base::foo()Derived::foo()virtual

同样，方法在 Java 中也没有多大意义。可以考虑 C++ 中的非虚拟成员函数，因为没有覆盖它的机制。abstract finalfinal

为什么它必须是虚拟的？我们不能在没有虚拟关键字的情况下定义它吗？

答案是否定的。虚拟成员函数和普通成员函数的机制有很大不同。

成员函数的工作原理

成员函数的地址由链接器在链接周期内确定。

检查此代码。在这段代码中，链接后，部分将被替换为真实的偏移地址，这意味着它是硬编码的。无论是否存在派生类，如果调用 的引用/指针，则确定要调用的函数。void Test::member(void)call void Test::member(void)member()Test

然而，这并不是虚拟函数在 C++ 中的工作方式。

虚拟成员函数的工作原理

在 C++ 中，如果一个类具有虚拟函数，它将有一个虚拟表。TLDR，这里有一个小例子：

#include <iostream>

class Test {
  virtual void test() = 0;
};

int main() { 
  std::cout << "sizeof(Test): " << sizeof(Test) << std::endl; 
}

sizeof(Test): 8

虽然为空，但它包含指向虚拟表的指针，这使得多态性成为可能。Test

通过指定一个函数，只有编译器会将函数地址的地址放入虚拟表中，而不是用硬编码的函数地址替换调用语句。virtual

每当您声明一个虚拟函数时，都会在 vtable 中创建一个项目。在此示例中，一旦声明 ，第一项将存储 的函数地址，但由于它是一个纯虚函数，因此该项的内容可能是或其他任何内容，具体取决于编译器的实现。一旦你从 派生了一个类，假设 ，并在 中覆盖，第一项的内容将更新为 的地址。Test::testTest::testnullptrTestDerivedtestDerivedDerived::test

当你得到一个指针/引用，并尝试调用对象的函数时，程序将首先获取vtable中的第一项，获取的地址，然后调用该地址的函数。Testtest<ObjectType>::test

下面是一个小例子：

#include <iostream>

class Test {
public:
  virtual void test() = 0;
};

class Derived_A : public Test {
public:
  virtual void test() override { std::cout << "A::" << __func__ << std::endl; }
};

class Derived_B : public Test {
public:
  virtual void test() override { std::cout << "B::" << __func__ << std::endl; }
};

int main() {
  std::cout << "sizeof(Test): " << sizeof(Test) << std::endl;

  Derived_A a;
  Derived_B b;

  long *vtable = (long *)(&a);          // get vtable address
  long *first_item = (long *)(*vtable); // get the address of the first item
  void (*func)() = (void (*)())(*first_item);
}

结果：

sizeof(Test): 8
A::test

由于我们得到了 的 vtable 的地址，因此我们用表的第一项调用的函数是 。然而，如果你使用相同的方法对 的 vtable 进行操作，你将调用 ，这就是多态性在 C++ 中的工作方式。Derived_ADerived_A::testDerived_BDerived_B::test