C++虚函数详解：工作机理与面向对象设计

虚函数是C++面向对象编程中的一个重要概念，它允许我们在基类中声明一个函数为虚函数，然后在派生类中重写这个函数。在给定的C++程序课件中，主要讲解了以下几个关键知识点： 1. **虚函数定义**: 在基类`Student`中，`display()`函数被声明为`virtual`，这意味着当在派生类中覆盖该函数时，将改变基类对象对该函数的调用行为。虚函数使得程序能够在运行时动态地根据对象的实际类型执行相应的方法。 2. **虚函数表**: 每个类都有一个虚函数表（Virtual Function Table, VFT），这是一个动态链接表，存储着所有声明为虚函数的信息。当创建对象时，会为对象分配一块内存，包含指向虚函数表的隐藏指针，这样就可以通过这个指针在运行时查找正确的函数地址。 3. **隐藏指针与对象大小**: 增加虚函数会导致每个对象额外的空间开销，因为需要存储指向虚函数表的指针。这可能会导致对象的大小有所变化，尤其是在继承层次较深或虚函数较多的情况下。 4. **函数调用过程**: 函数`fn()`接收一个`Student`或`Master`类型的引用，由于`display()`被声明为虚函数，所以无论传入的是`Student`还是`Master`对象，都会调用相应类中的`display()`实现。这就是多态性的体现，即同一个操作在不同类上表现出不同的行为。 5. **面向对象基础**: C++是C语言的扩展，提供了面向对象的特性，如对象（封装数据和行为）、继承（代码重用）、以及多态性（同名函数在不同类中有不同的实现）。课程强调了面向对象编程（OOP）的核心概念，如对象作为客观世界的抽象、继承与重用的机制，以及多态性如何简化代码维护和扩展。 6. **面向过程与面向对象的区别**: 面向过程强调步骤性编程，通过函数实现问题解决；而面向对象更侧重于将数据和操作封装在一起，形成具有相似特性的类，通过继承和多态实现代码复用和灵活性。 总结来说，虚函数是C++中实现多态性的重要手段，它允许开发者编写更加灵活且易于维护的代码。理解并掌握虚函数的工作原理对于编写高效、可扩展的面向对象程序至关重要。同时，课程还介绍了C++语言的发展历程及其与C语言的关系，强调了C++作为面向对象语言的优势。