C++ 如何使用虚函数实现多态_C++ 虚函数与多态机制解析

多态通过虚函数实现,允许基类指针调用派生类函数。基类中用virtual声明虚函数,派生类重写该函数,运行时通过虚函数表动态绑定具体实现。例如Animal基类的speak()被Dog和Cat类重写,调用makeSound(&dog)或makeSound(&cat)时分别执行对应版本。含纯虚函数(如Shape::draw()=0)的类为抽象类,不可实例化,子类必须实现纯虚函数才能创建对象。多态提升扩展性与维护性,新增类无需修改原有代码,但虚函数有性能开销,应按需使用。

c++ 如何使用虚函数实现多态_c++ 虚函数与多态机制解析

在 C++ 中,多态是面向对象编程的重要特性之一,它允许使用基类指针或引用调用派生类的函数。实现这一机制的核心工具就是虚函数。通过虚函数,程序可以在运行时根据对象的实际类型决定调用哪个函数版本,而不是在编译时就确定。

虚函数的基本定义与使用

虚函数是在基类中使用 virtual 关键字声明的成员函数。当派生类重写该函数后,通过基类指针或引用调用该函数时,会自动调用对应派生类的实现。

例如:

#include using namespace std;

class Animal {public:virtual void speak() {cout << "Animal speaks." << endl;}};

class Dog : public Animal {public:void speak() override {cout << "Dog barks." << endl;}};

class Cat : public Animal {public:void speak() override {cout << "Cat meows." << endl;}};

在这个例子中,speak() 是一个虚函数。如果使用基类指针指向派生类对象并调用 speak(),程序将根据实际对象类型执行相应的函数。

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运行时多态的实现方式

多态的关键在于动态绑定(late binding),即函数调用在运行时才确定具体调用哪一个函数。

实现过程如下:

基类中声明虚函数,启用动态分派机制派生类使用 override 明确重写虚函数(推荐做法)通过基类指针或引用调用虚函数系统通过虚函数表(vtable)查找实际应调用的函数地址

示例调用代码:

void makeSound(Animal* animal) {    animal->speak(); // 实际调用取决于传入的对象类型}

int main() {Dog dog;Cat cat;

makeSound(&dog); // 输出: Dog barks.makeSound(&cat); // 输出: Cat meows.return 0;

}

纯虚函数与抽象类

有时我们希望基类不提供函数的具体实现,仅作为接口规范。这时可以使用纯虚函数

class Shape {public:    virtual void draw() = 0; // 纯虚函数};

class Circle : public Shape {public:void draw() override {cout << "Drawing a circle." << endl;}};

包含纯虚函数的类称为抽象类,不能实例化对象。只有当派生类实现了所有纯虚函数后,才能创建该类的对象。

虚函数和多态机制让代码更具扩展性和可维护性。比如添加新的动物类型时,无需修改已有的 makeSound 函数,只要继承 Animal 并重写 speak 即可。

基本上就这些。理解虚函数表的存在和动态调用的过程,有助于写出更高效的多态代码。注意,虚函数有一定性能开销,因此应在需要时才使用。

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