🤔 Как работает виртуальность в C++?

Виртуальность позволяет осуществлять полиморфизм — важную концепцию объектно-ориентированного программирования, которая позволяет объектам производных классов быть обработанными через указатели или ссылки на базовый класс. Это достигается с помощью виртуальных функций, которые определяются в базовом классе и могут быть переопределены в производных классах.

🚩Виртуальные функции

Виртуальная функция определяется в базовом классе с ключевым словом virtual. Производный класс может переопределить эту функцию.

class Base {
public:
    virtual void display() const {
        std::cout << "Display from Base" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void display() const override {
        std::cout << "Display from Derived" << std::endl;
    }
};

🚩Как работает vtable и vptr

🟠vtable (виртуальная таблица)
Это таблица указателей на виртуальные функции класса. Каждый класс, содержащий виртуальные функции, имеет свою собственную vtable. В vtable хранятся адреса функций, которые должны быть вызваны для объектов данного класса.

🟠vptr (указатель на vtable)
Это скрытый указатель в каждом объекте класса, содержащего виртуальные функции. Он указывает на vtable соответствующего класса. Когда объект создается, vptr инициализируется, указывая на vtable его класса.

#include <iostream>

class Base {
public:
    virtual void display() const {
        std::cout << "Display from Base" << std::endl;
    }
    virtual void show() const {
        std::cout << "Show from Base" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void display() const override {
        std::cout << "Display from Derived" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base* b = new Derived();
    b->display(); // Вызовет Derived::display() благодаря vtable
    b->show();    // Вызовет Base::show() поскольку она не переопределена

    delete b;
    return 0;
}

🚩Процесс вызова виртуальных функций

🟠При компиляции
Компилятор создает vtable для каждого класса, содержащего виртуальные функции. Компилятор также добавляет скрытый vptr в каждый объект класса, который инициализируется для указания на соответствующую vtable.

🟠При выполнении
Когда вызывается виртуальная функция через указатель или ссылку на базовый класс, программа использует vptr для доступа к vtable и вызова правильной версии функции. Это обеспечивает динамическое разрешение вызова функции (runtime polymorphism).

🚩Полиморфизм и наследование

Полиморфизм позволяет использовать базовые указатели или ссылки для работы с производными объектами, что делает код более гибким и расширяемым.

void callDisplay(const Base& obj) {
    obj.display();
}

int main() {
    Base b;
    Derived d;

    callDisplay(b); // Вызовет Base::display()
    callDisplay(d); // Вызовет Derived::display()

    return 0;
}

Ставь 👍 и забирай 📚 Базу знаний