C++ 基础知识讲解之虚函数和纯虚函数

OOP

面向对象程序设计 （object-oriented programming)的核心思想是数据抽象、继承和动态绑定（多态）。

虚函数和纯虚函数

虚函数是为了允许用基类的指针或引用来调用子类的这个函数。C++的函数多态就是通过虚函数来实现的。 使用关键字 virtual

虚就虚在所谓“推迟联编”或者“动态联编”上，一个类函数的调用并不是在编译时刻被确定的，而是在运行时刻被确定的。由于编写代码的时候并不能确定被调用的是基类的函数还是哪个派生类的函数，所以被成为“虚”函数。、

派生类必须在内部对所有重新定义的虚函数进行声明，可以在形参列表后增加一个override关键字显示地注明使用哪个成员函数改写基类的虚函数。如果没有覆盖虚函数，则该虚函数的行为等同于其他普通成员，派生类会直接继承其在基类中的版本。 纯虚函数，代表函数没有被实现。为了实现一个接口，起到一个规范的作用，规范继承这个类的程序员必须实现这个函数。

定义
　

纯虚函数是在基类中声明的虚函数，它在基类中没有定义，但要求任何派生类都要定义自己的实现方法。在基类中实现纯虚函数的方法是在函数原型后加“=0”
　

virtual void funtion1()=0 引入原因
　　

1)为了方便使用多态特性，我们常常需要在基类中定义虚拟函数。
　　

2)在很多情况下，基类本身生成对象是不合情理的。例如，动物作为一个基类可以派生出老虎、孔雀等子类，但动物本身生成对象明显不合常理。
　　

为了解决上述问题，引入了纯虚函数的概念，将函数定义为纯虚函数（方法：virtual ReturnType Function()= 0;），则编译器要求在派生类中必须予以重写以实现多态性。同时含有纯虚拟函数的类称为抽象类，它不能生成对象。这样就很好地解决了上述两个问题。

声明了纯虚函数的类是一个抽象类。所以，用户不能创建类的实例，只能创建它的派生类的实例。

纯虚函数最显著的特征是：它们必须在继承类中重新声明函数（不要后面的＝0，否则该派生类也不能实例化），而且它们在抽象类中往往没有定义。

定义纯虚函数的目的在于，使派生类仅仅只是继承函数的接口。

纯虚函数的意义，让所有的类对象（主要是派生类对象）都可以执行纯虚函数的动作，但类无法为纯虚函数提供一个合理的缺省实现。所以类纯虚函数的声明就是在告诉子类的设计者，“你必须提供一个纯虚函数的实现，但我不知道你会怎样实现它”。 抽象类的介绍

抽象类是一种特殊的类，它是为了抽象和设计的目的为建立的，它处于继承层次结构的较上层。

（1）抽象类的定义： 称带有纯虚函数的类为抽象类。

（2）抽象类的作用：抽象类的主要作用是将有关的操作作为结果接口组织在一个继承层次结构中，由它来为派生类提供一个公共的根，派生类将具体实现在其基类中作为接口的操作。所以派生类实际上刻画了一组子类的操作接口的通用语义，这些语义也传给子类，子类可以具体实现这些语义，也可以再将这些语义传给自己的子类。

（3）使用抽象类时注意： 抽象类只能作为基类来使用，其纯虚函数的实现由派生类给出。如果派生类中没有重新定义纯虚函数，而只是继承基类的纯虚函数，则这个派生类仍然还是一个抽象类。如果派生类中给出了基类纯虚函数的实现，则该派生类就不再是抽象类了，它是一个可以建立对象的具体的类。 抽象类是不能定义对象的。

总结：

1、纯虚函数声明如下： virtual void funtion1()=0; 纯虚函数一定没有定义（？？纯虚函数有一个例子是需要定义的，那就是pure virtual虚构函数。——摘自effective c++ 条款07），纯虚函数用来规范派生类的行为，即接口。包含纯虚函数的类是抽象类，抽象类不能定义实例，但可以声明指向实现该抽象类的具体类的指针或引用。

2、虚函数声明如下：virtual ReturnType FunctionName(Parameter)；虚函数必须实现，如果不实现，编译器将报错，错误提示为：

error LNK****: unresolved external symbol “public: virtual void __thiscall ClassName::virtualFunctionName(void)”

3、对于虚函数来说，父类和子类都有各自的版本。由多态方式调用的时候动态绑定。

4、实现了纯虚函数的子类，该纯虚函数在子类中就编程了虚函数，子类的子类即孙子类可以覆盖该虚函数，由多态方式调用的时候动态绑定。

5、虚函数是C++中用于实现多态(polymorphism)的机制。核心理念就是通过基类访问派生类定义的函数。

6、在有动态分配堆上内存的时候，析构函数必须是虚函数，但没有必要是纯虚的。

7、友元不是成员函数，只有成员函数才可以是虚拟的，因此友元不能是虚拟函数。但可以通过让友元函数调用虚拟成员函数来解决友元的虚拟问题。

8、析构函数应当是虚函数，将调用相应对象类型的析构函数，因此，如果指针指向的是子类对象，将调用子类的析构函数，然后自动调用基类的析构函数。

C++中一般都是把析构函数声明为虚函数。因为虚函数可以实现动态绑定，也就是到底调用哪个函数是根据指针当前指向哪个对象来确定的，不是根据指针的类型来确定。如果C++中不把析构函数声明为虚函数，那么其有个子类，重写了虚函数，那么当父类指针指向一个子类对象时，当调用析构函数时，只调用父类的析构函数，而无法调用子类的析构函数，所以一般情况是把析构函数声明为虚函数，实现动态绑定。当然如果一个类不包含虚函数，这经常预示不打算将它作为基类使用。当一个类不打算作为基类时，将析构函数声明为虚拟通常是个坏主意。

标准 string 类型不包含虚函数，如果把String作为基类继承得到子类会出问题。

总之：多态基类应该声明虚析构函数。如果一个类有任何虚函数，它就应该有一个虚析构函数；如果不是设计用于做基类或不是设计用于多态，这样的类就不应该声明虚析构函数。

9、有纯虚函数的类是抽象类，不能生成对象，只能派生。他派生的类的纯虚函数没有被改写，那么，它的派生类还是个抽象类。

实际上我个人认为纯虚函数的引入，是出于两个目的

1、为了安全，因为避免任何需要明确但是因为不小心而导致的未知的结果，提醒子类去做应做的实现。

2、为了效率，不是程序执行的效率，而是为了编码的效率。

C++虚函数与JAVA中抽象函数比较

Java中，如果函数不是抽象函数，而是一个普通函数，它是默认实现类似C++中虚函数功能的，也就是说，调用某个函数，是根据当前指针所指向对象的类型来判断的，而不是根据指针类型判断。正好与C++中的普通函数相反。即：JAVA里自动实现了虚函数。

C++	Java
虚函数	普通函数
纯虚函数	抽象函数
抽象类	抽象类
虚基类	接口

多态性

指相同对象收到不同消息或不同对象收到相同消息时产生不同的实现动作。C++支持两种多态性：编译时多态性，运行时多态性。

a. 编译时多态性：通过重载函数和运算符重载实现。

b. 运行时多态性：通过虚函数和继承实现。