[C++] 虛函數(shù) 純虛函數(shù)

參考來源:知乎

定義一個函數(shù)為虛函數(shù),不代表函數(shù)為不被實現(xiàn)的函數(shù)瘾蛋。
定義他為虛函數(shù)是為了允許用基類的指針來調(diào)用子類的這個函數(shù)俐镐。
定義一個函數(shù)為純虛函數(shù),才代表函數(shù)沒有被實現(xiàn)哺哼。
定義純虛函數(shù)是為了實現(xiàn)一個接口佩抹,起到一個規(guī)范的作用,規(guī)范繼承這個類的程序員必須實現(xiàn)這個函數(shù)取董。舉個栗子:

假設(shè)我們有下面的類層次:

class Animal
{  
public:  
    virtual void eat()  
    {  
        cout<<"i eat like animals."<<endl;  
    }  
};  
class Dog:public Animal  
{  
public:  
    void eat()  
    {  
        cout<<"i eat like a dog."<<endl;  
    }  
};  
int main(void)  
{  
    Animal *a = new Dog();  
    a->eat();   // 在這里棍苹,a雖然是指向Animal的指針,但是被調(diào)函數(shù)`eat()`卻是`Dog`的! 茵汰。
    return 0;  
}  

這個例子是虛函數(shù)的一個典型應(yīng)用枢里,通過這個例子,也許你就對虛函數(shù)有了一些概念蹂午。

它虛就虛在所謂“推遲聯(lián)編”或者“動態(tài)聯(lián)編”上栏豺,函數(shù)的調(diào)用并不是在編譯時刻被確定的,而是在運行時刻被確定的豆胸。由于編寫代碼的時候并不能確定被調(diào)用的是基類的函數(shù)還是哪個派生類的函數(shù)奥洼,所以被成為“虛”函數(shù)。虛函數(shù)只能借助于指針或者引用來達到多態(tài)的效果晚胡。

C++純虛函數(shù)
定義 
純虛函數(shù)是在基類中聲明的虛函數(shù)灵奖,它在基類中沒有定義,但要求任何派生類都要定義自己的實現(xiàn)方法估盘。將函數(shù)定義為純虛函數(shù)的方式如下(后面多了個 =0):

virtual ReturnType Function() = 0;

引入原因  
1瓷患、為了方便使用多態(tài)特性,我們常常需要在基類中定義虛擬函數(shù)忿檩∥疚玻  
2、在很多情況下燥透,基類本身生成對象是不合情理的。例如辨图,動物作為一個基類可以派生出老虎班套、孔雀等子類,但動物本身生成對象明顯不合常理故河。

為了解決上述問題吱韭,引入了純虛函數(shù)的概念,
只要在基類中定義了純虛函數(shù),則編譯器要求在其派生類中必須予以重寫以實現(xiàn)多態(tài)性理盆。含有純虛函數(shù)的類稱為抽象類痘煤,抽象類它不能生成對象。

這樣就很好地解決了上述兩個問題猿规。聲明了純虛函數(shù)的類是一個抽象類衷快。所以,用戶不能創(chuàng)建類的實例姨俩,只能創(chuàng)建它的派生類的實例蘸拔。純虛函數(shù)最顯著的特征是:它們必須在子類中重新聲明(不要后面的=0,否則該派生類也不能實例化)环葵,而且它們在抽象類中沒有定義调窍。
定義純虛函數(shù)的目的在于,使派生類僅僅只是繼承函數(shù)的接口张遭。純虛函數(shù)的意義邓萨,讓所有的類對象(主要是派生類對象)都可以執(zhí)行純虛函數(shù)的動作,但類無法為純虛函數(shù)提供一個合理的缺省實現(xiàn)菊卷。所以類純虛函數(shù)的聲明就是在告訴子類的設(shè)計者缔恳,“你必須提供一個純虛函數(shù)的實現(xiàn),但我不知道你會怎樣實現(xiàn)它”的烁。

抽象類的介紹
抽象類是一種特殊的類褐耳,它是為了抽象和設(shè)計的目的為建立的,它處于繼承層次結(jié)構(gòu)的較上層渴庆。
抽象類的定義: 稱帶有純虛函數(shù)的類為抽象類铃芦。
抽象類的作用:抽象類的主要作用是將有關(guān)的操作作為結(jié)果接口組織在一個繼承層次結(jié)構(gòu)中,由它來為派生類提供一個公共的根襟雷,派生類將具體實現(xiàn)在其基類中作為接口的操作刃滓。所以派生類實際上刻畫了一組子類的操作接口的通用語義,這些語義也傳給子類耸弄,子類可以具體實現(xiàn)這些語義咧虎,也可以再將這些語義傳給自己的子類。

使用抽象類時注意:
? 抽象類只能作為基類來使用计呈,其純虛函數(shù)的實現(xiàn)由派生類給出砰诵。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)捌显,則這個派生類仍然還是一個抽象類茁彭。如果派生類中給出了基類純虛函數(shù)的實現(xiàn),則該派生類就不再是抽象類了扶歪,它是一個可以建立對象的具體的類理肺。
? 抽象類是不能定義對象的。

總結(jié):
1、純虛函數(shù)聲明如下: virtual void funtion1()=0; 純虛函數(shù)一定沒有定義妹萨,純虛函數(shù)用來規(guī)范派生類的行為年枕,即接口。包含純虛函數(shù)的類是抽象類乎完,抽象類不能定義實例熏兄,但可以聲明指向?qū)崿F(xiàn)該抽象類的具體類的指針或引用。
2囱怕、虛函數(shù)聲明如下:virtual ReturnType FunctionName(Parameter)霍弹;虛函數(shù)必須實現(xiàn),如果不實現(xiàn)娃弓,編譯器將報錯典格,錯誤提示為:error LNK****: unresolved external symbol "public: virtual void __thiscall ClassName::virtualFunctionName(void)"
3、對于虛函數(shù)來說台丛,父類和子類都有各自的版本耍缴。由多態(tài)方式調(diào)用的時候動態(tài)綁定。
4挽霉、實現(xiàn)了純虛函數(shù)的子類防嗡,該純虛函數(shù)在子類中就編程了虛函數(shù),子類的子類即孫子類可以覆蓋該虛函數(shù)侠坎,由多態(tài)方式調(diào)用的時候動態(tài)綁定蚁趁。
5、虛函數(shù)是C++中用于實現(xiàn)多態(tài)(polymorphism)的機制实胸。核心理念就是通過基類訪問派生類定義的函數(shù)他嫡。
6、在有動態(tài)分配堆上內(nèi)存的時候庐完,析構(gòu)函數(shù)必須是虛函數(shù)钢属,但沒有必要是純虛的。7门躯、友元不是成員函數(shù)淆党,只有成員函數(shù)才可以是虛擬的,因此友元不能是虛擬函數(shù)讶凉。但可以通過讓友元函數(shù)調(diào)用虛擬成員函數(shù)來解決友元的虛擬問題染乌。
8、析構(gòu)函數(shù)應(yīng)當(dāng)是虛函數(shù)懂讯,將調(diào)用相應(yīng)對象類型的析構(gòu)函數(shù)慕匠,因此,如果指針指向的是子類對象域醇,將調(diào)用子類的析構(gòu)函數(shù),然后自動調(diào)用基類的析構(gòu)函數(shù)。有純虛函數(shù)的類是抽象類譬挚,不能生成對象锅铅,只能派生。他派生的類的純虛函數(shù)沒有被改寫减宣,那么盐须,它的派生類還是個抽象類。定義純虛函數(shù)就是為了讓基類不可實例化化因為實例化這樣的抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身并沒有意義漆腌≡舻耍或者給出實現(xiàn)也沒有意義。實際上我個人認(rèn)為純虛函數(shù)的引入闷尿,是出于兩個目的1塑径、為了安全,因為避免任何需要明確但是因為不小心而導(dǎo)致的未知的結(jié)果填具,提醒子類去做應(yīng)做的實現(xiàn)统舀。2、為了效率劳景,不是程序執(zhí)行的效率誉简,而是為了編碼的效率。

最后引用別人的一段生動形象的解釋:
上帝是一個程序員盟广,創(chuàng)造了動物(基類)闷串,給予了動物吃飯,睡覺筋量,叫喚等通用功能烹吵。(封裝)只指定了平均睡覺八小時(虛函數(shù)),其中沒有指定具體的吃飯毛甲,叫喚的行為年叮。(純虛函數(shù))然后細分一下,動物有貓狗羊和人玻募。(繼承)人類明確它們物種的時候(明確類型的派生類指針)貓吃魚 狗吃肉 羊吃草貓喵喵 狗汪汪 羊咩咩(多態(tài) 同名覆蓋)一切都如此順理成章只损。突然人發(fā)現(xiàn)一只動物!這只是什么呢七咧?誒跃惫?這貨不知道是啥!只能用"動物"來稱呼他艾栋!(基類指針指向子類對象)當(dāng)沒有虛函數(shù)的時候爆存,人類發(fā)現(xiàn)這只動物不會叫也不會吃!因為他根本沒有這樣的實現(xiàn)蝗砾!(注意 真正編程上如果派生類不對純虛函數(shù)進行實現(xiàn)將無法通過編譯)有了虛函數(shù)先较,讓那只動物"吃"携冤,發(fā)現(xiàn)他吃草!于是捅一下這只動物闲勺,發(fā)現(xiàn)它會 哞哞叫曾棕!于是得知這是一頭牛!可以吃菜循!于是人類就把它吃掉了翘地。總結(jié):虛函數(shù)目的是在用基類指針指向派生類的時候還能正確調(diào)用派生的實現(xiàn)癌幕。

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