Что ты знаешь о ключевом слове virtual в C++?

virtual в C++ используется для объявления виртуальных функций в базовом классе. Это позволяет реализовать полиморфизм во время выполнения (runtime polymorphism).

Применение:

• Определяет функцию в базовом классе, которую можно переопределить (override) в производных классах.
• При вызове виртуальной функции через указатель или ссылку на базовый класс, фактически вызывается реализация функции в объекте производного класса (если она там переопределена). Это решение происходит во время выполнения через таблицу виртуальных функций (vtable).

Основные моменты:

• Виртуальными могут быть только функции-члены класса. Глобальные функции, статические функции-члены и конструкторы не могут быть виртуальными.
• Деструкторы могут и часто должны быть виртуальными, чтобы избежать утечек памяти при удалении объектов производных классов через указатель на базовый класс.
• Если функция объявлена virtual в базовом классе, она автоматически остается виртуальной во всех производных классах, даже если ключевое слово virtual там не используется (хотя явно указывать virtual и override в производных классах рекомендуется для ясности).
• Чисто виртуальные функции объявляются с = 0 и делают класс абстрактным. Такой класс нельзя инстанцировать напрямую.

Пример:

#include <iostream>

class Base {
public:
    virtual void print() {
        std::cout << "From Base" << std::endl;
    }

    virtual ~Base() {
        std::cout << "Base destructor" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void print() override { // Использование override для явного указания переопределения
        std::cout << "From Derived" << std::endl;
    }

    ~Derived() override { // Использование override
        std::cout << "Derived destructor" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base* ptr = new Derived(); // Указатель на базовый класс указывает на объект производного

    ptr->print(); // Вызывается Derived::print() из-за виртуальной функции
    delete ptr;   // Вызываются деструкторы Derived, а затем Base из-за виртуального деструктора

    return 0;
}

Связанные понятия:

• vtable (таблица виртуальных функций): Таблица указателей на виртуальные функции класса. Каждый объект с виртуальными функциями содержит невидимый указатель (vptr) на vtable своего класса.
• vptr (указатель на vtable): Необходим для определения вызываемой функции во время выполнения.
• = 0 (чисто виртуальная функция): Означает, что у функции нет реализации в данном классе, делая его абстрактным.
• override (спецификатор переопределения): Явно указывает, что функция в производном классе переопределяет виртуальную функцию базового. Помогает компилятору найти ошибки, если сигнатура функции не совпадает.
• final (спецификатор): Запрещает дальнейшее переопределение виртуальной функции или наследование от класса.

Кратко: virtual — это основной механизм для реализации полиморфизма через наследование и динамическое связывание функций в C++.