虚函数实现运行时多态,允许基类指针调用派生类重写函数;纯虚函数定义接口规范,使类成为抽象类,强制派生类实现。

在C++中,虚函数和纯虚函数是实现多态的关键机制。它们允许基类指针或引用调用派生类中重写的函数,从而让程序在运行时决定具体执行哪个版本的函数,这被称为动态绑定或运行时多态。
虚函数的作用与使用
虚函数是在基类中声明为 virtual 的成员函数,可以在派生类中被重写(override)。当通过基类指针或引用调用该函数时,会根据对象的实际类型调用对应的函数版本。
主要作用包括:
实现运行时多态:程序在运行时才确定调用哪个类的函数。支持接口统一:不同派生类可以提供不同的实现,但调用方式一致。提高代码扩展性:新增派生类无需修改原有调用逻辑。
示例:
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class Animal {public: virtual void speak() { cout << "Animal speaks" << endl; }};class Dog : public Animal {public:void speak() override {cout << "Dog barks" << endl;}};
Animal* ptr = new Dog();ptr->speak(); // 输出:Dog barks
如果不将 speak() 声明为 virtual,则调用的是基类版本,无法体现多态性。
纯虚函数与抽象类
纯虚函数是一种特殊的虚函数,它在基类中没有实现,只是声明,语法形式为:virtual 返回类型 函数名() = 0;。包含纯虚函数的类称为抽象类,不能实例化对象。
主要用途:
定义接口规范:强制派生类实现特定函数。构建接口类或基类框架,用于设计大型系统结构。实现“契约式编程”——子类必须提供实现。
示例:
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class Shape {public: virtual double area() = 0; // 纯虚函数};class Circle : public Shape {double radius;public:Circle(double r) : radius(r) {}double area() override {return 3.14159 radius radius;}};
这里 Shape 是抽象类,不能创建 Shape 对象,但可以定义 Shape* 指针指向具体的图形对象。
虚函数与纯虚函数的区别
实现要求:虚函数可在基类有实现,也可被重写;纯虚函数在基类无实现(可提供定义,但少见),派生类必须实现(除非派生类也作为抽象类)。类的实例化:含有纯虚函数的类是抽象类,不能实例化;只有虚函数的类可以实例化。设计意图:虚函数用于扩展和多态;纯虚函数更强调接口约束。
注意事项
析构函数应声明为虚函数,尤其是基类会被继承并用基类指针删除对象时,避免资源泄漏。使用 override 关键字明确表示重写,增强代码可读性和安全性。纯虚函数可以在类外提供定义,但这不常见,通常只在派生类显式调用时使用。
基本上就这些。虚函数是多态的基础,纯虚函数用于构建抽象接口。合理使用它们能让代码更具灵活性和可维护性。
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