一、什么是虚函数？

在 C++ 里，虚函数（virtual function）是实现 运行时多态 的关键。它的本质就是：

• 在基类里定义函数，并声明为 virtual。
• 在派生类中可以重写这个函数。
• 当通过基类指针或引用调用时，实际执行的是派生类的版本（动态绑定）。

举个最经典的例子：

代码语言：javascript

AI代码解释

#include <iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
    virtual void sayHello() {
        cout << "Hello from Base" << endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void sayHello() override {
        cout << "Hello from Derived" << endl;
    }
};

int main() {
    Base* ptr = new Derived();
    ptr->sayHello(); // 输出：Hello from Derived
    delete ptr;
}

这里 sayHello 就是一个虚函数，它让调用发生在运行时决定，而不是编译时决定。

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二、虚函数是否可以有默认实现？

1. 普通虚函数

当然可以。 虚函数并不是等于“必须要子类实现”。 它只是告诉编译器：这个函数要走虚函数表（vtable）的动态分派机制。

所以我们完全可以在基类里提供一个默认实现：

代码语言：javascript

AI代码解释

class Base {
public:
    virtual void foo() {
        cout << "Base default foo()" << endl;
    }
};

如果派生类不重写，那么它就会直接继承这个默认逻辑。

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2. 纯虚函数

更有意思的是： 纯虚函数（=0）也可以有默认实现！

代码语言：javascript

AI代码解释

class Base {
public:
    virtual void foo() = 0; // 纯虚函数
};

void Base::foo() {
    cout << "Base::foo() default implementation" << endl;
}

class Derived : public Base {
public:
    void foo() override {
        Base::foo(); // 先用基类逻辑
        cout << "Derived::foo()" << endl;
    }
};

输出结果：

代码语言：javascript

AI代码解释

Base::foo() default implementation
Derived::foo()

这说明即便是纯虚函数，编译器也允许你在基类里提供一个实现。区别只是：

• 有 =0 标记后，基类变成抽象类，不能实例化。
• 派生类必须显式重写，除非它自己也想保持抽象。

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三、为什么要给虚函数一个默认实现？

面试的时候如果只停留在语法层面，答案未免太“干巴巴”。面试官更想听到的是你的设计思维。

1. 避免重复代码

很多情况下，子类可能大多数逻辑都一样，只在少数地方有差异。 这时基类提供一个默认实现，派生类只需要覆盖差异部分即可，避免重复造轮子。

2. 提供兜底逻辑

有些接口必须实现，但又希望在特殊情况下给出一个“保底”逻辑。 例如：

• 如果派生类没有实现日志系统，那至少打印到 stdout。
• 如果派生类没有实现错误处理，那至少抛个异常。

3. 便于扩展

假如将来要增加新的派生类，它可以直接继承基类的默认实现，快速使用，而不用立刻写一堆重复代码。

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四、普通虚函数 vs 纯虚函数

很多同学容易混淆两者，我整理了一张表：

特性	普通虚函数	纯虚函数
定义方式	virtual void f();	virtual void f() = 0;
是否必须实现	否，可以直接用基类实现	是，派生类必须重写
是否能有实现体	可以	可以（少见但合法）
是否使类抽象化	否	是，类不可实例化
适用场景	框架基类、可选重写	接口定义、强制重写

关键点：

• =0 并不是说“这个函数没有实现”，而是说“这个类是抽象类”。
• 实现体写不写，是两回事。

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五、虚函数表（vtable）机制简析

面试官有时会追问：“为什么虚函数能有默认实现？它底层是怎么实现的？”

这就涉及到 虚函数表（vtable）。

• 每个包含虚函数的类，编译器会生成一张虚函数表，里面存放函数指针。
• 对象里有一个指向这张表的指针（vptr）。
• 调用虚函数时，会通过 vptr 找到实际函数地址执行。

举个例子：

代码语言：javascript

AI代码解释

class Base {
public:
    virtual void foo() { cout << "Base foo()" << endl; }
};

class Derived : public Base {
public:
    void foo() override { cout << "Derived foo()" << endl; }
};

在运行时，Derived 的 vtable 会把 foo 指向 Derived::foo， 而如果没有 override，就会沿用 Base::foo。

所以说，虚函数能否有默认实现，完全取决于 vtable 是否有指针指向它。答案显然是肯定的。

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六、实际开发中的用法

1. 接口类（Interface）

通常我们会写一个纯虚函数接口类：

代码语言：javascript

AI代码解释

class IShape {
public:
    virtual double area() const = 0;
    virtual double perimeter() const = 0;
    virtual ~IShape() {}
};

这样强制子类必须实现。 但如果我们想给一个默认逻辑（比如 perimeter 里先调用 area），那也可以给它加实现。

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2. 框架基类

比如写一个 Logger：

代码语言：javascript

AI代码解释

class Logger {
public:
    virtual void log(const string& msg) {
        cout << "[Default log] " << msg << endl;
    }
};

子类如果不关心日志，就直接用默认实现； 如果要写文件，就 override。

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3. 混合设计

有时一个类既有普通虚函数，也有纯虚函数：

代码语言：javascript

AI代码解释

class AbstractHandler {
public:
    virtual void init() { cout << "Default init" << endl; }
    virtual void handle() = 0; // 强制实现
};

这种混搭的设计在框架里很常见：

• init 给一个默认逻辑，但允许子类定制；
• handle 强制子类必须实现。

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七、常见面试陷阱

面试官可能会绕几个弯子：

1. 虚函数能是构造函数吗？ → 不行，构造函数不能是虚函数。
2. 析构函数要不要写成虚的？ → 如果类可能被继承，必须写虚析构，否则 delete 基类指针会内存泄漏。
3. 纯虚函数能否有实现？ → 可以，但类依然是抽象类，不能直接实例化。
4. 虚函数影响性能吗？ → 有一点点开销（一次指针间接寻址），但大多数情况下可以忽略。

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八、最佳实践总结

• 如果希望可选重写，就用普通虚函数并给一个默认实现。
• 如果希望必须重写，就用纯虚函数，但仍可提供兜底实现。
• 如果基类会被继承，一定要有虚析构函数。
• 避免在构造函数和析构函数中调用虚函数（因为此时 vtable 可能不完整）。