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 <iostream>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: 100Dog dog(5);dog.printNum();      // The number of dog is: 5return 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 <iostream>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;
}