随着程序开发的不断发展，C++作为一种面向对象的编程语言已经成为了许多开发者的首选语言。面向对象编程语言的一个重要特性就是多态性，即同一类型的不同对象在调用同一方法时会产生不同的行为。而想要实现多态性，必须要使用到虚函数。本文将会深入探究虚函数，并探讨虚函数在C++中的作用，以及如何正确地使用虚函数。

1、虚函数的定义和作用

在C++中，虚函数可以通过在函数前面加上关键字“virtual”来定义。虚函数的作用是当我们声明一个指向基类对象的指针时，通过这个指针调用虚函数时，会根据这个指针指向的对象的实际类型来确定要调用的函数版本。这就是所谓的“多态”。

在这里我们需要明确的是，只有非静态成员函数可以被声明为虚函数。因为静态成员函数是可以通过类名而不是被调用的对象来进行调用的，所以它无法根据指向的对象的类型来动态绑定。此外，构造函数和析构函数也不能被声明为虚函数，因为它们的调用方式是在对象创建和销毁时固定的，无法动态绑定。

当一个函数被声明为虚函数时，其实质是在类的虚函数表中为该函数创建一个入口，并将该入口地址存储在该类的对象中。当调用虚函数时，程序会在对象中找到该函数的入口地址，然后跳转到该函数的实现代码。

2、虚函数的使用

虚函数是为了实现多态而设计的，因此在使用虚函数时要遵循以下几个原则：

（1）父类必须有虚函数

如果一个类要充当基类并支持多态性，那么就必须至少有一个虚函数，否则即使子类中有相同名称的函数，也无法实现多态性。

（2）子类必须覆盖父类的虚函数

子类中需要覆盖其父类的虚函数，这样才能保证在子类对象上调用该函数时会调用到子类的函数版本。如果子类中没有覆盖虚函数，那么该函数就会调用父类的版本。

（3）通过基类指针或引用访问子类对象

要实现多态性，必须使用指向基类的指针或引用来访问子类对象。这样在调用虚函数时就能根据指针或引用指向的对象类型来确定要调用的函数版本。

（4）virtual关键字需要在父类和子类中一致

当父类中的函数声明为虚函数时，子类中覆盖该函数的函数必须也要使用虚函数的声明方式。否则子类中定义的函数并不会取代父类中该函数的虚函数表中的入口，无法实现多态性。

（5）虚函数可以是纯虚函数

如果一个虚函数在基类中没有提供实现代码，而是将其声明为纯虚函数，那么这个类就是抽象类，不能实例化，只有通过子类继承并覆盖该函数才能进行实例化。

3、虚函数的运行效率

由于虚函数需要在运行时动态绑定，因此与普通成员函数相比，虚函数的运行效率会略微降低。具有一定规模的程序中，虚函数调用的次数很容易成为影响程序性能的瓶颈。

此外，虚函数的调用在转化的过程中会加载一份虚函数表到程序的内存中，在类的对象中存储虚函数表指针，这样会占用额外的内存空间。但是在大部分情况下，这些额外的内存开销却可以被程序员忽略。

4、总结

虚函数是面向对象编程语言的一个重要特性，是多态性的基础之一。正确使用虚函数可以大大提高程序的可扩展性和可重用性，但是在实际使用中也需要注意一些细节问题。在程序设计中，应该根据具体情况选择是否使用虚函数并合理使用虚函数，以避免出现性能问题。