C++中的虚函数和纯虚函数

C++中的虚函数和纯虚函数

要想了解C++中的虚函数和纯虚函数,首先要给大家介绍一下C++中的多态,要实现多态必须具备一下三个条件:

  • 必须存在继承关系;

  • 继承关系中必须有同名的虚函数;

  • 存在基类类型的指针或引用,通过该指针或引用调用虚函数。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
#include<iostream>
using namespace std;
class base
{
public:
void display() {cout<<"I'm base class!"<<endl;}
virtual void puredisplay(){cout<<"I'm base class!"<<endl;}
};
class derived: public base
{
public:
void display(){cout<<"I'm derived class!"<<endl;}
virtual void puredisplay(){cout<<"I'm derived class!"<<endl;}
};

int main()
{
base * p;
derived test;
p = &test;
p->.display(); //"I'm base class!"

base * purep;
derived puretest;
purep = &puretest;
purep->display(); //"I'm derived class!"
return 0;
}

使用多态会降低程序运行效率,使用多态的程序会使用更多的存储空间,存储虚函数表等内容,而且在调用函数时需要去虚函数表中查询函数入口地址,这会增加程序运行时间。

在设计程序时,程序设计人员可以选择性的使用多态,对于有需要的函数使用多态,对于其它的函数则不要采用多态。

通常情况下,如果一个类需要作为基类,并且期望在派生类中修改某成员函数的功能,并且在使用类对象的时候会采用指针或引用的形式访问该函数,则将该函数声明为虚函数。

虚函数

声明

在函数返回类型前加上virtual关键字。virtual关键字仅用于函数声明,如果函数是在类外定义,则不需要再加上virtual关键字了,在C++中只有类中的成员函数能被声明为虚函数,而对于顶层函数则不能声明为虚函数,原因很简单,声明虚函数是为了构成多态,而构成多态的第一个条件就是需要继承关系,顶层函数很明显是不具有继承关系的,因此也就不能被声明为虚函数了。

虚函数表

在C++中通过虚成员函数表vtable实现多态,虚函数表中存储的是类中虚函数的入口地址。在普通的类中是没有虚函数表的,只有在具有虚函数的类中(无论是自身添加的虚函数还是继承过来的虚函数)才会具有虚函数表,通常虚成员函数表的首地址将会被存入对象的最前面(在32位的操作系统中,存储地址是用4个字节,因此这个首地址就会占用对象的前四个字节的空间)。

虚析构函数

在类中,构造函数用于初始化对象及相关操作,构造函数是不能声明为虚函数的,因为在执行构造函数前对象尚未完成创建,虚函数表尚不存在,此时就无法去查询虚函数表,因此也就无法得知该调用哪一个构造函数了。

析构函数则用于销毁对象时完成相应的资源释放工作,析构函数可以被声明为虚函数。

将基类的析构函数声明为虚函数之后,派生类的析构函数也自动成为虚析构函数,在主函数中基类指针p指向的是派生类对象,当delete释放p指针所指向的存储空间时,会执行派生类的析构函数,派生类的析构函数执行完之后会紧接着执行基类的析构函数,以释放从基类继承过来的成员变量所消耗的资源。如此一来就不会存在内存泄漏问题了。

将析构函数声明为虚函数的必要性,但是如果不管三七二十一的将所有的基类的析构函数都声明为虚函数,这也是不合适的。通常来说,如果基类中存在一个指向动态分配内存的成员变量,并且基类的析构函数中定义了释放该动态分配内存的代码,则应该将基类的析构函数声明为虚函数。

静态成员函数

只有非静态成员函数才可以成为虚函数,而静态成员函数不能声明为虚函数。

纯虚函数

声明

纯虚成员函数的声明语法如下:

virtual 函数返回类型 函数名 (函数参数) = 0;

纯虚成员函数没有函数体,只有函数声明,在纯虚函数声明结尾加上“=0”表明此函数为纯虚成员函数。

包含纯虚成员函数的类即为抽象基类,之所以说它抽象,那是因为它无法实例化,也即无法用于创建对象。

纯虚成员函数可以被派生类继承,如果派生类不重新定义抽象基类中的所有(有多个则要重新定义多个)纯虚成员函数,则派生类同样会成为抽象基类,因而也不能用于创建对象。

只有类中的虚函数才能被声明为纯虚成员函数,普通成员函数和顶层函数均不能声明为纯虚成员函数。

抽象基类可以用于实现公共接口,在抽象基类中声明的纯虚成员函数,派生类如果想要能够创建对象,则必须全部重新定义这些纯虚成员函数。

总结

  1. 虚函数和纯虚函数可以定义在同一个类中,含有纯虚函数的类被称为抽象类,而只含有虚函数的类不能被称为抽象类。

  2. 虚函数可以被直接使用,也可以被子类重载以后,以多态的形式调用,而纯虚函数必须在子类中实现该函数才可以使用,因为纯虚函数在基类有声明而没有定义。

  3. 虚函数和纯虚函数都可以在子类中被重载,以多态的形式被调用。

  4. 虚函数和纯虚函数通常存在于抽象基类之中,被继承的子类重载,目的是提供一个统一的接口。

  5. 虚函数的定义形式:virtual {};纯虚函数的定义形式:virtual { } = 0;

  6. 在虚函数和纯虚函数的定义中不能有static标识符,原因很简单,被static修饰的函数在编译时要求前期绑定,然而虚函数却是动态绑定,而且被两者修饰的函数生命周期也不一样。

  7. 虚函数充分体现了面向对象思想中的继承和多态性这两大特性,在C++语言里应用极广。比如在微软的MFC类库中,你会发现很多函数都有virtual关键字,也就是说,它们都是虚函数。有人甚至称虚函数是C++语言的精髓。

  8. 定义纯虚函数就是为了让基类不可实例化,因为实例化这样的抽象数据结构本身并没有意义或者给出实现也没有意义。

  9. 纯虚函数只是一个接口,是个函数的声明而已,它要留到子类里去实现。

  10. 虚函数在子类里面也可以不重载的,但纯虚必须在子类去实现。通常我们把很多函数加上virtual,是一个好的习惯,虽然牺牲了一些性能,但是增加了面向对象的多态性,因为你很难预料到父类里面的这个函数不在子类里面不去修改它的实现