C++ 虚函数 (virtual function) 介绍

文章目录

• • 1. 什么是虚函数
  • 2. 虚函数与非虚函数的区别
  • 3. 派生类中的虚函数
  • 4. 构造/析构函数可以是虚函数吗？
  • 5. 纯虚函数
  • • 5.1 纯虚函数的定义
    • 5.1 纯虚函数的特定

      1. 什么是虚函数

      C++ 对象有三大特性：继承、封装、多态；虚函数就是实现多态的一种方式。

      虚函数是指加了 virtual 修饰词的类的成员函数，但 virtual 关键字并非强制必须要有的。

      对于某些函数，当基类希望派生类重新定义合适自己的版本时，基类就把这些函数声明为虚函数

      以下是一个虚函数的简单定义：

      class Animal {public:
      	virtual void makeSound() {std::cout << "Animal makes a sound" << std::endl;
      	}
      };
      

      注意：virtual 关键字只能出现在类内部的函数声明中，不能用于类外部的函数定义。

      2. 虚函数与非虚函数的区别

      在 C++ 中，基类必须将它的两种成员函数区分开：

      • 基类希望直接继承给派生类而不需要改写的函数。静态绑定，即解析过程发生在编译而非运行时
      • 基类希望派生类进行覆盖的函数：定义为虚函数。动态绑定，即根据对象类型不同，调用该虚函数时可能执行基类的版本，也可能执行某个派生类的版本；因此需要在程序运行时确定。

        3. 派生类中的虚函数

        由于只有在程序运行时才知道调用哪个版本的虚函数，因此所有虚函数都必须有定义，就是不使用虚函数，也必须定义它。

        基类定义的虚函数在所有派生类中都是虚函数

        C++11 允许派生类使用 override 关键字显式地注明哪个成员函数是改写的基类的虚函数，代码示例如下：

        class Animal {virtual void makeSound() {std::cout << "Animal makes a sound." << std::endl;
        	}
        };
        class Dog :public Animal {void makeSound() override {std::cout << "Dog makes a sound." << std::endl;
        	}
        };
        

        完整代码示例如下：

        #include class Animal {private:
        	int nums;
        public:
        	Animal() = default;
        	Animal(int nums_) : nums(nums_) {};
        	virtual void printNum() {std::cout << "The number of animals is: " << nums << std::endl;
        	}
        };
        class Dog :public Animal {private:
        	int nums;
        public:
        	Dog() = default;
        	Dog(int nums_) : nums(nums_) {};
        	void printNum() override {std::cout << "The number of dog is: " << nums << std::endl;
        	}
        };
        int main(){Animal animal(100);
        	animal.printNum();   // The number of animals is: 100
        	Dog dog(5);
        	dog.printNum();      // The number of dog is: 5
        	return 0;
        }
        

        4. 构造/析构函数可以是虚函数吗？

        答案：

        构造函数不能是虚函数，析构函数可以是虚函数且最好设置为虚函数

        （1）构造函数不可以是虚函数

        构造函数是在创建对象时执行的，而虚函数是程序运行时执行的；也就是说在创建对象时虚函数还没确定用那个版本呢，所以构造函数不可以是虚函数。

        （2）析构函数可以是虚函数且最好写成虚函数

        如果析构函数不是虚函数，则容易造成内存泄露。原因为：

        若有父类指针指向子类对象存在，需要析构的是子类对象；但父类析构函数不是虚函数，则只析构了父类，造成子类对象没有及时释放，引起内存泄漏。

        5. 纯虚函数

        5.1 纯虚函数的定义

        虚函数与纯虚函数的区别如下：

        • 虚函数：子类可以（也可以不）重新定义基类的虚函数，在基类中定义为 virtual void func() {}
        • 纯虚函数：子类必须提供纯虚函数的个性化实现，在基类中定义为 virtual void func() = 0 {} 或 virtual void func() const = 0 {}

          以下是一个纯虚函数的简单定义（声明）：

          class Animal {public:
          	virtual void makeSound() = 0 {}
          };
          

          5.1 纯虚函数的特定

          （1）含有纯虚函数的类称为抽象类，抽象类不能被实例化。

          与纯虚函数不同的是，包含虚函数的类可以被实例化。

          如下面的代码中对 Animal 抽象类的实例化会编译报错。

          #include class Animal {// 这里的 = 0 没有任何实际意义，只起形式上的作用，告诉编译系统"这是纯虚函数"
          	virtual void makeSound() = 0{}
          };
          int main(){Animal animal();   // 报错：不能实例化抽象类
          	return 0;
          }
          

          （2）纯虚函数只需要声明，不需要定义。

          因为纯虚函数一定会被重新，所以在基类中声明即可，不需要定义。