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C++中虛函數(shù)與純虛函數(shù)的用法

更新時間：2014年08月14日 17:15:45 投稿：shichen2014

這篇文章主要介紹了C++中虛函數(shù)與純虛函數(shù)的用法,是非常重要的概念,需要的朋友可以參考下

本文較為深入的分析了C++中虛函數(shù)與純虛函數(shù)的用法，對于學(xué)習(xí)和掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計來說是至關(guān)重要的。具體內(nèi)容如下：

首先，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（object-oriented programming）的核心思想是數(shù)據(jù)抽象、繼承、動態(tài)綁定。通過數(shù)據(jù)抽象，可以使類的接口與實(shí)現(xiàn)分離，使用繼承，可以更容易地定義與其他類相似但不完全相同的新類，使用動態(tài)綁定，可以在一定程度上忽略相似類的區(qū)別，而以統(tǒng)一的方式使用它們的對象。

虛函數(shù)的作用是實(shí)現(xiàn)多態(tài)性（Polymorphism），多態(tài)性是將接口與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分離，采用共同的方法，但因個體差異而采用不同的策略。純虛函數(shù)則是一種特殊的虛函數(shù)。虛函數(shù)聯(lián)系到多態(tài)，多態(tài)聯(lián)系到繼承。所以本文中都是在繼承層次上做文章。沒了繼承，什么都沒得談。

一、虛函數(shù)

1 . 定義

在C++中，基類必須將它的兩種成員函數(shù)區(qū)分開來：一種是基類希望其派生類進(jìn)行覆蓋的函數(shù)；另一種是基類希望派生類直接繼承而不要改變的函數(shù)。對于前者，基類通過在函數(shù)之前加上virtual關(guān)鍵字將其定義為虛函數(shù)（virtual）。

class Base{ // 基類 
public: 
  virtual int func(int n) const; 
}; 
 
class Derive_Class : public Base{ 
public: 
  int func(int n) const; // 默認(rèn)也為虛函數(shù) 
};

當(dāng)我們在派生類中覆蓋某個函數(shù)時，可以在函數(shù)前加virtual關(guān)鍵字。然而這不是必須的，因?yàn)橐坏┠硞€函數(shù)被聲明成虛函數(shù)，則所有派生類中它都是虛函數(shù)。任何構(gòu)造函數(shù)之外的非靜態(tài)函數(shù)都可以是虛函數(shù)。派生類經(jīng)常（但不總是）覆蓋它繼承的虛函數(shù)，如果派生類沒有覆蓋其基類中某個虛函數(shù)，則該虛函數(shù)的行為類似于其他的普通成員，派生類會直接繼承其在基類中的版本。

2 . 動態(tài)綁定

當(dāng)我們使用基類的引用（或指針）調(diào)用一個虛函數(shù)時將發(fā)生動態(tài)綁定（dynamic binding）。因?yàn)槲覀冎钡竭\(yùn)行時才能知道到底調(diào)用了哪個版本的虛函數(shù)，可能是基類中的版本也可能是派生類中的版本，判斷的依據(jù)是引用（或指針）所綁定的對象的真實(shí)類型。與非虛函數(shù)在編譯時綁定不同，虛函數(shù)是在運(yùn)行時選擇函數(shù)的版本，所以動態(tài)綁定也叫運(yùn)行時綁定（run-time binding）。

3 . 靜態(tài)類型與動態(tài)類型

靜態(tài)類型指的是變量聲明時的類型或表達(dá)式生成的類型，它在編譯時總是已知的；動態(tài)類型指的是變量或表達(dá)式表示的內(nèi)存中的對象的類型，它直到運(yùn)行時才可知。當(dāng)且僅當(dāng)通過基類的指針或引用調(diào)用虛函數(shù)時，才會在運(yùn)行時解析該調(diào)用，也只有在這種情況下對象的動態(tài)類型才有可能與靜態(tài)類型不同。如果表達(dá)式既不是引用也不是指針，則它的動態(tài)類型永遠(yuǎn)與靜態(tài)類型一致。

4 . final和override

派生類中如果定義了一個函數(shù)與基類中虛函數(shù)同名但形參列表不同，編譯器會認(rèn)為這是派生類新定義的函數(shù)。如果我們的意圖本是覆蓋虛函數(shù)，則這種錯誤很難發(fā)現(xiàn)。通過在派生類中的虛函數(shù)最后加override關(guān)鍵字使得意圖更加清晰。如果我們使用override標(biāo)記了某個函數(shù)，但該函數(shù)并沒有覆蓋已存在的虛函數(shù)，編譯器將報錯。

class Base{ // 基類 
public: 
  virtual int func(int a, int b) const; 
}; 
 
class Derive_Class : public Base{ 
public: 
  int func(int a) const override; // 報錯，沒有覆蓋虛函數(shù) 
};

如果我們定義一個類，并不希望它被繼承?；蛘呦Ｍ硞€函數(shù)不被覆蓋，則可以把類或者函數(shù)指定為final，則之后任何嘗試?yán)^承該類或覆蓋該函數(shù)的操作將引發(fā)錯誤。

class Base final { /*  */ };   // 基類不能被繼承 
class Derive_Class : public Base { /* */ };   // 報錯 
 
void func(int) const final;  // 不允許后續(xù)的其他類覆蓋func(int)

5 . 回避虛函數(shù)的機(jī)制

在某些情況下，我們希望對虛函數(shù)的調(diào)用不要進(jìn)行動態(tài)綁定，而是強(qiáng)迫其執(zhí)行虛函數(shù)的某個特定版本。可以使用作用域運(yùn)算符實(shí)現(xiàn)這一目的。

// 強(qiáng)行調(diào)用基類中定義的函數(shù)版本而不管baseP的動態(tài)類型是什么 
int a = baseP->Base::func(42);

如果一個派生類虛函數(shù)需要調(diào)用它的基類版本，但是沒有使用作用域運(yùn)算符，則在運(yùn)行時該調(diào)用將被解析為對派生類版本自身的調(diào)用，從而導(dǎo)致無限遞歸。

二、純虛函數(shù)

1 . 定義

為了方便使用多態(tài)特性，我們常常需要在基類中定義虛函數(shù)。在許多情況下，在基類中不能對虛函數(shù)給出有意義的實(shí)現(xiàn)。為了讓虛函數(shù)在基類什么也不做，引進(jìn)了“純虛函數(shù)”的概念，使函數(shù)無須定義。我們通過在函數(shù)體的位置（即在聲明語句的分號之前）書寫=0就可以將一個虛函數(shù)說明為純虛函數(shù)（pure virtual）。其中，=0只能出現(xiàn)在類內(nèi)部的虛函數(shù)聲明語句處：

class Base{ // 抽象基類 
public: 
  virtual int func(int n) const =0; 
};

需要注意的是，我們也可以為純虛函數(shù)提供定義，不過函數(shù)體必須定義在類的外部。

2 . 抽象基類

含有（或者未經(jīng)覆蓋直接繼承）純虛函數(shù)的類叫抽象基類（abstract base class）。抽象基類負(fù)責(zé)定義接口，而后續(xù)的其他類可以覆蓋該接口。如果派生類中沒有重新定義純虛函數(shù)，而只是繼承基類的純虛函數(shù)，則這個派生類仍然還是一個抽象基類。因?yàn)槌橄蠡惡屑兲摵瘮?shù)（沒有定義），所以我們不能創(chuàng)建一個抽象基類的對象，但可以聲明指向抽象基類的指針或引用。

Base base;  // 錯誤，不能實(shí)例化抽象基類

總結(jié)：

①.虛函數(shù)必須實(shí)現(xiàn)，不實(shí)現(xiàn)編譯器會報錯。

②.父類和子類都有各自的虛函數(shù)版本。由多態(tài)方式在運(yùn)行時動態(tài)綁定。

③.通過作用域運(yùn)算符可以強(qiáng)行調(diào)用指定的虛函數(shù)版本。

④.純虛函數(shù)聲明如下：virtual void funtion()=0; 純虛函數(shù)無需定義。包含純虛函數(shù)的類是抽象基類，抽象基類不能創(chuàng)建對象，但可以聲明指向抽象基類的指針或引用。

⑤.派生類實(shí)現(xiàn)了純虛函數(shù)以后，該純虛函數(shù)在派生類中就變成了虛函數(shù)，其子類可以再對該函數(shù)進(jìn)行覆蓋。

⑥.析構(gòu)函數(shù)通常應(yīng)該是虛函數(shù)，這樣就能確保在析構(gòu)時調(diào)用正確的析構(gòu)函數(shù)版本。